一种基于单端故障信息的配电网混合线路组合式测距方法

摘要

本发明涉及适用于配电网的混合电力线路故障测距方法，具体涉及一种基于单端故障信息的配电网混合线路组合式测距方法，包括：步骤1：分解出混合线路故障电流信号和故障电压信号的高频行波分量；步骤2：对行波在架空线和电缆中传播的波速进行离线测量；步骤3：利用相关系数分析法进行故障初步测距；步骤4：利用波头组合法进行故障最终测距；步骤5：对故障测距结果进行验证，本发明只利用线路一端测量的故障信息，能够有效地提取出故障时行波的初始波头和各种反射波头，可应用于不具备双端行波测距的场合实现准确故障测距，补充现有配电网混合线路故障测距的不足。本发明在电流行波实现故障测距的基础上，综合考虑电压行波测距结果，提高测距判别的可靠性和准确性。

主权项

一种基于单端故障信息的配电网混合线路组合式测距方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：分解出混合线路故障电流信号和故障电压信号的高频行波分量；步骤2：对混合线路波速进行离线测量；步骤3：利用相关系数分析法进行故障初步测距；步骤4：利用波头组合法进行故障最终测距；步骤5：对故障测距结果进行验证；所述步骤2中，对混合线路中的架空线和电缆连接点首先设置离线故障点，利用测量端的故障电流信号按步骤1提取出行波波头的高频行波分量；确定初始行波波头与离线故障点反射波的时间差T₁，初始行波波头与离线故障点对端母线反射波的时间差T₂；则行波在架空线中的波速为：$v_1=\frac{2L_1}{T_1}---\left(3\right);$行波在电缆中的波速为：$v_2=\frac{2L_2}{T_2}---\left(4\right);$其中：L₁为架空线的长度，L₂为电缆长度；所述步骤3中，对经验模态分解EMD法分解后的差分信号，利用相关系数分析方法，分析反射波与初始行波波头的相关性，信号相关系数在(‑1，1)之间，若任一故障点反射波与初始行波波头时间差ΔT和任一故障点对端母线反射波与初始行波波头时间差ΔT，满足(5)式中的不等式，则为架空线故障，故障距离为Δl₁，不等式如下：$\left\{\begin{array}{c}\Delta T<T_1\\ {\mathrm{\Delta T}}^{\prime }>T_2\\ {\mathrm{\Delta l}}_1=(v_1\times \Delta T)/2\end{array}\right.---\left(5\right);$若任一故障点反射波与初始行波波头时间差ΔT和任一故障点对端母线反射波与初始行波波头时间差ΔT'满足(6)式中的不等式，则为架空线连接点到电缆侧的故障，则故障距离的计算公式为(6)中的Δl₁，不等式如下：$\left\{\begin{array}{c}\Delta T\ge T_1\\ {\mathrm{\Delta T}}^{\prime }\le T_2\\ {\mathrm{\Delta l}}_1=L_1+(L_2-v_2\times {\mathrm{\Delta T}}^{,}/2)\end{array}\right.---\left(6\right);$所述步骤4中，利用步骤1的差分提取出行波波头的位置，根据分析出的信号突变点的极性和位置，确定初始行波波头与反射波的时间差；其中架空线侧故障判据如下：$\left\{\begin{array}{c}\Delta T<T_1\\ {\mathrm{\Delta T}}^{,}>T_2\\ y_1>y_2>0\\ y_3<0\end{array}\right.---\left(7\right);$电缆侧故障测距判据：$\left\{\begin{array}{c}\Delta T\ge T_1\\ {\mathrm{\Delta T}}^{,}\le T_2\\ y_1>y_2>0\\ y_3<0\\ y_4>0\end{array}\right.---\left(8\right);$即满足上述方程组(7)，则判断为架空线故障，故障距离的计算采用下式：$\left\{\begin{array}{c}{v}_1\Delta T=2x\\ v_1({\mathrm{\Delta T}}^{,}-T_2)=2(L_1-x)\end{array}\right.---\left(9\right);$满足上述方程组(8)，则判断为电缆侧故障，故障距离计算采用下式：$\left\{\begin{array}{c}{v}_2(\Delta T-T_1)=2(x-L_1)\\ v_2{\mathrm{\Delta T}}^{,}=2(L-x)\end{array}\right.---\left(10\right);$其中：ΔT为任一故障点反射波与初始行波波头_y1的时间差；ΔT，为任一故障点对端母线反射波y₃与初始行波波头y₁的时间差；y₄为连接点反射波幅值；v₁、v₂分别为行波在架空线和电缆中的传播波速；L为故障线路的全长，L₁为架空线的长度；x为故障点与测量端的距离；T₁为初始行波波头与离线故障点反射波的时间差，是已知数；T₂为初始行波波头与离线故障点对端母线反射波的时间差，是已知数；由上式(9)和(10)得出反射波和初始行波波头到达时间的关系，即架空线侧和电缆侧故障均有下述关系式：ΔT+ΔT'＝T₁+T₂  (11)；利用经验模态分解EMD法分解后的差分结果，根据模极大值原理，确定初始行波波头达到时刻t，根据故障点反射波与对端母线反射波极性相反，提取正极性的反射波的奇异点与初始行波波头之间的时间差(Δt₁，Δt₂，Δt₃，…)，以及负极性的反射波的奇异点与初始行波波头的时间差(Δt'₁，Δt'₂，Δt'₃，…)；把不确定的组合(Δt_i+Δt'_j)代入式(11)进行验证，得到差值满足式(11)的几组组合，然后根据相关系数分析法得出的测距结果Δl₁，代入式(9)和式(10)中，得到一组确定的组合(Δt，Δt')，将得到的这组(Δt，Δt')与上述差值满足式(11)的几组组合进行比较，选择满足式(11)的几组组合中最接近(Δt，Δt')组合的一组组合(Δt_i+Δt'_j)，将其代入式(9)或(10)，得到故障距离Δl₂，将故障距离Δl₁和Δl₂取平均值，作为最终确定的故障距离ΔL₁；其中：Δt_i+Δt'_j是某一不确定的组合，(Δt，Δt')是用相关系数分析法得出的测距结果代入式(9)和(10)中得到的一组确定的组合，Δt为计算得出的故障点反射波与初始行波时间差，Δt'为计算得出的对端母线反射波与初始行波时间差；Δt_i为正极性的反射波的奇异点与初始行波波头之间的时间差，Δt'_j为负极性的反射波的奇异点与初始行波波头的时间差；角标i为正极性的反射波的奇异点与初始行波波头之间的时间差的点；角标j为负极性的反射波的奇异点与初始行波波头之间的时间差的点；i，j＝1、2、3...。