阅读说明：本技术 一种改进双端行波故障测距方法 (A kind of improvement both-end Method of Traveling Wave Fault Ranging ) 是由 孙广 乐健 王阳 薛枫 董金星 冯晓伟 梁伟 王新伟 杨义勇 岳洪国 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于直流输电线路技术领域,尤其涉及一种改进双端行波故障测距方法,包括获取直流线路电流的采样数据,根据电流采样数据计算电流导数,在电流导数大于设定阈值时确定故障行波到达第一、第二测量端时间的范围；在确定时间范围内采用小波模极大值分析,计算故障行波到达第一、第二测量端的时刻；根据故障行波第一次到达第一、第二测量端的两个时刻以及故障行波第二次到达第一、第二测量端的相对较短的一个时刻计算出故障距离。该方法提高了故障行波到达测量端时刻计算的准确性并减小了数据计算量；同时提高了直流输电线路故障定位精度,不受行波波速的影响,也提高了直流输电系统线路故障的排查效率。(The invention belongs to DC power transmission line technical fields, more particularly to a kind of improvement both-end Method of Traveling Wave Fault Ranging, sampled data including obtaining DC line electric current, according to current sampling data calculating current derivative, determine that fault traveling wave reaches the range of the first, second measurement end time when derivative of current is greater than given threshold；It is analyzed determining in time range using Wavelet Modulus Maxima, at the time of calculating fault traveling wave the first, second measurement end of arrival；Second of the relatively short moment for reaching the first, second measurement end of two moment and fault traveling wave for reaching the first, second measurement end for the first time according to fault traveling wave calculates fault distance.The accuracy of measurement end moment calculating is reached the method increase fault traveling wave and reduces data calculation amount；Direct current transmission line fault positioning accuracy is improved simultaneously, is not influenced by traveling wave speed, also improves the investigation efficiency of DC transmission system line fault.)

一种改进双端行波故障测距方法

技术领域

本发明属于直流输电线路技术领域，尤其涉及一种改进双端行波故障测距方法。

背景技术

直流输电系统因其输电容量大、控制响应速度快、无同步运行稳定性问题，在大容量远距离输电时优势明显，己成为我国电能传输和区域联网最重要的方式之一。直流输电线路线路长、跨越地形复杂，线路发生故障时进行故障点的人工排查难度大且效率低。快速准确地实现线路故障定位，进而采取相应措施清除故障，对于提高直流输电系统的运行可靠性，减少系统停运造成的经济损失等均具有重要现实意义。

目前，直流输电线路故障定位方法主要分为两大类：行波故障定位法和故障分析法。行波定位法通过检测故障线路上暂态行波在测量端与故障点之间传播的时间可以测量故障距离。故障分析法受系统参数、对侧系统和故障点过渡电阻影响较大，且定位精度相对于行波定位法误差较大。行波定位法不受线路类型、故障电阻及两侧系统的影响，且暂态行波中故障信息丰富，波头易于识别，但该方法通常需要测量行波波速，并且行波波速在传播过程中将发生改变，采用固定行波波速进行故障测距将带来误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种仅需利用三个故障行波到达测量端的时刻即可准确计算故障距离的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种改进双端行波故障测距方法，包括以下步骤：

S1.获取直流线路电流的采样数据，根据电流采样数据计算电流导数，在电流导数大于设定阈值时确定故障行波到达第一、第二测量端时间的范围；

S2.在确定时间范围内采用小波模极大值分析，计算故障行波到达第一、第二测量端的时刻；

S3.根据故障行波第一次到达第一、第二测量端的两个时刻以及故障行波第二次到达第一、第二测量端的相对较短的一个时刻计算出故障距离。

在上述的改进双端行波故障测距方法中，步骤S1的具体实现包括：

S1.1.首先获取故障录波数据线路电流采样值y(i)，i＝1,2,…,M,M为获取的电流采样值的总数目；计算线路电流的导数：

式中，y(i+n)和y(i)为分别为第i+n和第i个电流采样值，n为选定常数，T为数据采样周期，K_th为设定阈值；

S1.2.当K_i首次大于预设阈值K_th时，记录i并确定采样数据区间[i-H,i+H]，H的计算方法为：

式中，L为输电线路全长，v为故障行波传播速度。

在上述的改进双端行波故障测距方法中，步骤S2的具体实现包括：对确定区间[i-H,i+H]内的采样数据进行小波模极大值分析，确定故障行波第一次和第二次到达第一测量端的时刻t₁和t₃、以及故障行波第一次和第二次到达第二测量端的时刻t₂和t₄。

在上述的改进双端行波故障测距方法中，步骤S3的具体实现包括：

S3.1.比较t₃和t₄，若t₃≤t₄，则故障点到第一测量端的距离X_RF≤L/2，采用式(3)进行故障距离计算；

S3.2.若t₃>t₄，则故障距离X_RF>L/2，采用式(4)进行故障距离计算；

S3.3.输出故障测距结果X_RF。

本发明的有益效果：本发明通过导数法可有效避免正常电流波动对故障到达时刻分析的影响，计算方法简单且避免了波速波动对测距结果的影响，提高了直流输电线路故障测距的精度和故障定位精度，减小了数据计算量，同时还提高了线路故障排查效率。对于提高直流输电系统运行的可靠性，减少输电线路故障造成的经济损失等均具有重要实用价值。

附图说明

图1(a)为本发明一个实施例0≤X_RF≤L/2时改进双端行波故障测距方法原理图；

图1(b)为本发明一个实施例L/2≤X_RF≤L时改进双端行波故障测距方法原理图；

图2为本发明一个实施例改进双端行波故障测距方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例通过以下技术方案来实现的，一种改进双端行波故障测距方法，包括以下步骤，获取直流线路电流的采样数据，根据电流采样数据计算电流导数，在电流导数大于设定阈值时确定故障行波到达测量端R和测量端I时间的范围；在确定时间范围内采用小波模极大值分析，计算故障行波到达测量端R和测量端I的准确时刻；根据故障行波第一次到达测量端R和测量端I的两个时刻以及故障行波第二次到达测量端R和测量端I的相对较短的一个时刻计算出故障距离。

如图1所示，本实施例一种改进双端行波故障测距原理图。当输电线路上点F发生故障时，会由故障点F产生向线路两端传播的故障行波。X_RF和X_IF分别为故障点F到测量端R和测量端I的距离，L为输电线路全长。t₀为故障发生时刻，t₁和t₃分别为行波第一次和第二次到达测量端R的时刻，t₂和t₄分别为行波第一次和第二次到达测量端I的时刻。

当0≤X_RF≤L/2时，如附图1(a)所示，测量端R接收到的前两个故障行波分别为第一次到测量端R的故障行波及该故障行波在故障点F反射后再次到达测量端R的行波。两个故障行波到达测量端R的时刻与故障距离X_RF的关系为：

式中，v为故障行波传播的速度；

消去波速v可得：

当L/2≤X_RF≤L时，如图1(b)所示，测量端R的接收到的前两个故障行波分别为第一次到测量端R的故障行波及故障行波经测量端I反射后，在故障点F发生折射后到达测量端R的故障行波。同理可得：

理论上而言，在t₁、t₂和t₃均准确的情况下，根据式(2＇)或式(3＇)均可得到故障点到测量端R的准确距离。但在L/2≤X_RF时，由于t₃是故障行波经测量端I反射及在故障点折射后到达测量端R的时刻，行波能量衰减较大，导致t₃时刻存在相对较大的误差。此时应以故障行波到达测量端I的两个时刻进行故障距离计算，即：

因此，当0≤X_RF≤L/2时，应选用式(2＇)进行故障距离计算；而当L/2≤X_RF≤L时，应选用式(4＇)进行故障距离计算。

如图2所示，为本实施例一种改进双端行波故障测距方法流程图。具体步骤为：

1)首先获取故障录波数据，故障录波数据通常为一系列离散的线路电流采样值y(i)，i＝1,2,…,M，M为获取的电流采样值的总数目。计算线路电流的导数：

式中，y(i+n)和y(i)为分别为第i+n和第i个电流采样值，n为选定常数，T为数据采样周期，K_th为设定阈值。

2)当K_i首次大于预设阈值K_th时，记录i并确定采样数据区间[i-H,i+H]，H的计算方法为：

式中，L为输电线路全长，v为故障行波传播速度。

3)对确定区间[i-H,i+H]内的采样数据进行小波模极大值分析，小波模极大值分析是成熟的技术，特别适用于对波形突变点的检测，因此可确定出行波到达测量端R的两个时刻t₁和t₃，以及行波到达测量端I的两个时刻t₂和t₄；

4)比较t₃和t₄。若t₃≤t₄，表明故障距离X_RF≤L/2，采用式(2＇)进行故障距离计算；若t₃>t₄则表明故障距离X_RF>L/2，采用式(4＇)进行故障距离计算；

5)将故障测距结果X_RF输出。

本实施例一种改进双端行波故障测距方法，利用导数法确定故障行波到达测量端时刻的范围，对该范围内采样数据进行小波分析，提高了故障行波到达测量端时刻计算的准确性并减小了数据计算量；根据行波到达测量端的各个时刻即可得到故障距离。本实施例提高了直流输电线路故障定位精度，不受行波波速的影响，也提高了直流输电系统线路故障的排查效率。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。