基于视在阻抗辨识的直流配电电缆单端在线故障定位方法

摘要

本发明公开了一种基于视在阻抗辨识的直流配电电缆单端在线故障定位方法，该方法的步骤包括在电缆始端投入故障定位模块，与电缆、过渡电阻共同构成故障回路；对得到的故障回路进行电缆始端的电压和电流采集，并采用改进型Prony算法对电压和电流分别进行识别，分别得到电压和电流的幅值、特征角频率、衰减系数和初始相角；在选定电缆型号后，利用等效阻抗和上述特征角频率，计算出包含被测电缆线路参数和过渡电阻的等效阻抗；重构电压和电流，辨识二端口视在阻抗的幅值和相角；根据上述步骤获得的等效阻抗和视在电阻，根据故障定位条件得到两条故障距离和过渡电阻构成的曲线，两条曲线的交点即为此故障条件下的故障距离和过渡电阻。

主权项

基于视在阻抗辨识的直流配电电缆单端在线故障定位方法，其特征在于，该方法的步骤包括S1、基于由电容、电感和电阻组成的π模型电缆等效电路，构建电缆故障回路；S2、对该电缆故障回路进行电缆起始端的电压和电流采集，并分别获得所述电压和电流的幅值、特征角频率、衰减系数和初始相角；S3、根据待测电缆的型号、π模型的电缆等效电路以及步骤S2中获得的电压和电流的特征角频率，构建该频率下的包含待测电缆线路参数和过渡电阻的等效阻抗：$\begin{array}{c}{Z}_{eq}=\left(R_f//\frac{2}{{\mathrm{j\omega C}}_{u}l}+R_{u}l+{\mathrm{j\omega L}}_{u}l\right)//\frac{2}{{\mathrm{j\omega C}}_{u}l}\\ =\frac{2\left(2R_f+2R_{u}l-{\omega }^2{C}_u{L}_u{R}_f{l}^2\right)+2j\left({\mathrm{\omega C}}_u{R}_u{R}_f{l}^2+2{\mathrm{\omega L}}_{u}l\right)}{\left(4-{\omega }^2{C_u}^2{R}_u{R}_f{l}^3-2{\omega }^2{C}_u{L}_u{l}^2\right)+j\left(4{\mathrm{\omega C}}_u{R}_{f}l+2{\mathrm{\omega C}}_u{R}_u{l}^2-{\omega }^3{C_u}^2{L}_u{R}_f{l}^3\right)}\end{array}$令，a＝2R_f+2R_ul‑ω²C_uL_uR_fl²，b＝ωC_uR_uR_fl²+2ωL_ul，c＝4‑ω²C_u²R_uR_fl³‑2ω²C_uL_ul²，d＝4ωC_uR_fl+2ωC_uR_ul²‑ω³C_u²L_uR_fl³等效阻抗可简化为：$Z_{eq}=\frac{2\left(ac+bd\right)}{c^2+d^2}+j\frac{2\left(bc-ad\right)}{c^2+d^2}$式中，R_f为故障过渡电阻，C_u、L_u、R_u分别为π模型电缆等效电路的单位电容、单位电感和单位电阻，l为故障距离，；S4、利用步骤S2中获得的所述电压和电流的幅值、特征角频率、衰减系数和初始相角，重构所述电压和电流的原始波形，并根据所述电压和电流的原始波形辨识由电缆起始端和大地构成的二端口的视在阻抗Z_sz的幅值和相角；S5、利用所述包含待测电缆线路参数和过渡电阻的等效阻抗Z_eq和视在阻抗Zsz，基于故障定位条件|Re(Z_sz)‑Re(Z_eq)|≤ε，|Im(Z_sz)‑Im(Z_eq)|≤ε，获得由故障距离曲线和过渡电阻曲线构成故障判别曲线，两条曲线的交点即为当前故障条件下的故障距离和过渡电阻，其中，Re(Z_SZ)和Im(Z_SZ)分别表示视在阻抗的实部和虚部，Re(Z_eq)和Im(Z_eq)分别表示等效阻抗的实部和虚部，ε为预定精度。