專利名稱：采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線上的故障定位方法
專利說明采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線上的故障定位方法 本發(fā)明涉及一種采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線上的故障定位方法，在電力行業(yè)以及無補(bǔ)償和具有串聯(lián)補(bǔ)償?shù)母呒軅鬏斁€方面得到應(yīng)用。
從EP1051632B1了解串聯(lián)補(bǔ)償輸電線上的定位故障技術(shù)。在這種解決方案中，已經(jīng)提出通過利用從設(shè)置了故障定位器的串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線的一個(gè)端子的局部測(cè)量來計(jì)算到故障的距離。這種方法利用以下步驟將串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器(MOV)的并聯(lián)連接變換成電阻和電抗的串聯(lián)連接形式的模型等效阻抗，二者均為基波電流幅值相關(guān)的。這個(gè)等效阻抗用于計(jì)算到故障的距離。這種方法也要求了解串聯(lián)電容器組和MOV元件的參數(shù)。
從美國(guó)專利6336059 B1了解一種用于串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線的距離繼電器和故障定位器的范圍測(cè)量的方法。在按照那個(gè)發(fā)明的方法中，故障定位估計(jì)通過僅使用局部信息來進(jìn)行。在該方法中，測(cè)量多個(gè)線路電流樣本，其中這類樣本表示在連續(xù)時(shí)刻在串聯(lián)補(bǔ)償線路上的線路電流波形的值。電容器電壓值根據(jù)所測(cè)量的電流、按照考慮了與已安裝串聯(lián)電容器并聯(lián)的非線性保護(hù)裝置-金屬氧化物變阻器的等式來計(jì)算。到故障的距離通過考慮所計(jì)算的早期電容器電壓值來計(jì)算。
在美國(guó)專利2006/0142964A1中，提供通過使用兩端電流和電壓測(cè)量的故障定位方法。該發(fā)明的特征在于，在確定線路A的第一端A或者第二端B的電流互感器飽和度之后，通過使用來自線路兩端的電壓以及僅來自線路中電流互感器未飽和的這一側(cè)的電流來計(jì)算到故障的距離。到故障的距離的計(jì)算根據(jù)一般化故障環(huán)路模型來進(jìn)行。在這種方法中，通過使用集總線路模型以及一端電流信號(hào)和兩端電壓信號(hào)來確定總故障電流。但是，按照所引述發(fā)明的方法沒有設(shè)計(jì)用于定位串聯(lián)補(bǔ)償線路上的故障。
從Chi-Shan Yu、Chih-Wen Liu、Sun-Li Yu和Joe-Air Jiang的文章“A New PMU-Based Fault Location Algorithm for Series CompensatedLines”(IEEE Transactions on Power Delivery，VOL.17，NO.1，JANUARY 2002，pp.33-46)了解另一種通過使用兩端測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償線路上的故障定位的方法，這種方法使用在單串聯(lián)補(bǔ)償線路的兩端同步測(cè)量的電壓和電流信號(hào)。因此，與本發(fā)明方法在測(cè)量種類(同步測(cè)量)和線路類型(單串聯(lián)補(bǔ)償線路)方面有差別，本發(fā)明方法設(shè)計(jì)用于使用異步測(cè)量的更一般情況以及在單和雙電路無補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償線路的應(yīng)用。此外，所引述的方式?jīng)]有提供用于到故障的尋找距離的分析公式，而是基于沿整個(gè)線路段進(jìn)行掃描以查找所確定的故障電壓和總故障電流是同相的故障位置(情況是這樣，因?yàn)楣收贤肪哂须娮杼匦?。對(duì)于線路上的各檢查點(diǎn)，故障電壓和總故障電流必須從電流和電壓的對(duì)稱分量來確定。這施加執(zhí)行故障定位所需的高計(jì)算負(fù)荷。相比之下，本發(fā)明方法提供緊湊公式用于到故障的尋找距離，其通過嚴(yán)格考慮線路的分布參數(shù)模型得出。
從Claude Fecteau的文章“Accurate Fault Location Algorithm forSeries Compensated Lines Using Two-Terminal UnsynchronizedMeasurements and Hydro-Quebec’sField Experience”(提交給33-rdAnnual Western Protective Relay Conference，Spokane，Washington，October 17-10，2006，Conference)了解一種在某種程度上與本發(fā)明方法相關(guān)的解決方案。可以指出，所提出的方法更為一般(單和雙電路線路，無補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償線路)。所引述的方法沒有提供用于到故障的尋找距離的分析公式。而是通過使故障阻抗的電抗的目標(biāo)函數(shù)為最小而迭代地確定到故障的距離。這施加比本發(fā)明方法更高的計(jì)算負(fù)荷。
此外，本發(fā)明方法還提供在單相-地故障(single phase-to-groundfault)和相-相故障(phase-to-phase fault)(實(shí)際故障的大多數(shù))的情況下通過使用故障后的量(post-fault quantities)來確定同步角。從確保準(zhǔn)確同步的觀點(diǎn)來看，這是有利的。
通過兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線中的故障定位的本發(fā)明方法的本質(zhì)由以下步驟組成，其中到故障的距離以及故障電阻通過在故障發(fā)生之前和之后在站A和B中的電壓和電流值測(cè)量來確定 -如果故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段LA中發(fā)生，則故障定位的距離dA通過以下步驟來確定 -確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知故障類型的項(xiàng)

中的同步角δA， -然后考慮分布參數(shù)線路模型，并且求解公式 dA＝pSCdLA 其中 PSC-表示補(bǔ)償組SC&MOV遠(yuǎn)離站A安裝的每單位總線路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)， dLA-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度PSCl相關(guān)，其值使用已知迭代法通過求解故障環(huán)路公式來接收 對(duì)于單線路的 對(duì)于雙電路線路的 其中 RFA-表示未知故障電阻， a1，a2，a0，am0-表示與故障類型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值分量， aF1，aF2-表示與故障類型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， IAparal_0-表示在健康并聯(lián)線路所測(cè)量的來自站A的零序電流， -然后，通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流來計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_phSUB_A)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果dA，它通過以下步驟來選擇 -首先，檢查故障電阻RFA是否具有正值，以及如果沒有，則拒絕這個(gè)子例程， -隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果它的每個(gè)滿足下列相關(guān)性 和 則故障在站A與SC&MOV組之間發(fā)生，并且結(jié)果dA為有效結(jié)果。
通過兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線中的故障定位的本發(fā)明方法的本質(zhì)由以下步驟組成，其中到故障的距離以及故障電阻通過在故障發(fā)生之前和之后在站A和B中的電壓和電流值測(cè)量來確定-如果故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段LB中發(fā)生，則故障定位的距離dB通過以下步驟來確定 -確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知故障類型的項(xiàng)

中的同步角δB， -然后考慮分布參數(shù)線路模型，并且求解公式 dB＝(1-pSC)dLB 其中 (1-PSC)-表示補(bǔ)償組SC&MOV遠(yuǎn)離站B安裝的每單位總線路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)， -dLB-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度(1-PSCl)相關(guān)，其值使用已知迭代法通過求解故障環(huán)路公式來接收 對(duì)于單線路的 對(duì)于雙電路線路的 其中 RFB-表示未知故障電阻， Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值系數(shù)， a1，a2，a0，am0-表示與故障類型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， aF1，aF2-表示與故障類型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， Iparal_0-表示在健康并聯(lián)線路所測(cè)量的來自站B的零序電流， -然后，通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流來計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pbSUB_B)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果dB，它通過以下步驟來選擇 -首先，檢查故障電阻RFB是否具有正值，以及如果沒有，則拒絕這個(gè)子例程， -隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果滿足下列相關(guān)性 和 則故障在站B與SC&MOV組之間發(fā)生，并且結(jié)果dB為有效結(jié)果。
優(yōu)選地，由下列公式確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)

中的同步角δA 其中 下標(biāo)ph-g表示相-地故障a-g、b-g、c-g，而下標(biāo)ph-ph表示相-相故障a-b、b-c、c-a， aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站B的正序電流， ISC2_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站B的負(fù)序電流。
NA1，NA2-表示與在站A分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
優(yōu)選地，由下列公式來確定不是相-地故障也不是相-相故障的故障的項(xiàng)

中的同步角δA 其中 VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)故障線路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， Z1A，Y1A-表示線路段LA的阻抗和導(dǎo)納， Z1B，Y1B-表示線路段LB的阻抗和導(dǎo)納， LA-是線路站A與串聯(lián)電容器組之間的線路部分 LB-是線路站B與串聯(lián)電容器組之間的線路部分。
優(yōu)選地，由下列公式確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)

中的同步角δB 其中 aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站A的正序電流， ISC2_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站A的負(fù)序電流， NB1，NB2-表示與在站B分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
優(yōu)選地，由下列公式確定不是相-地故障也不是相-相故障的故障的項(xiàng)

中的同步角δB 其中 VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)故障線路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， Z1A，Y1A-表示線路段LA的阻抗和導(dǎo)納， Z1B，Y1B-表示線路段LB的阻抗和導(dǎo)納， LA-是線路站A與串聯(lián)電容器組之間的線路部分 LB-是線路站B與串聯(lián)電容器組之間的線路部分。
一種保護(hù)繼電器，其配備有故障定位器(FL)，所述故障定位器(FL)包括用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的至少任一項(xiàng)所述的步驟的部件。
一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)程序代碼，它在運(yùn)行于計(jì)算裝置上時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是克服已知方法的所有限制和缺點(diǎn)，這意味著，不要求串聯(lián)電容器組的參數(shù)和狀態(tài)為已知，因?yàn)闆]有使用它們來確定到故障的距離以及故障電阻，即，僅必須了解安裝補(bǔ)償組的位置。另外，串聯(lián)電容器的電抗使用故障前測(cè)量來進(jìn)行測(cè)量。使用故障前測(cè)量、或者備選地對(duì)于最常見故障的單相-地故障和相-相故障使用故障后測(cè)量、并且通過嚴(yán)格考慮分布參數(shù)線路模型來確定同步角，這實(shí)現(xiàn)了異步獲取的測(cè)量的準(zhǔn)確分析同步化。然后，通過引入線路的旁路電容的補(bǔ)償且使用分布參數(shù)線路模型來計(jì)算到故障的距離。有效子例程的選擇根據(jù)多判據(jù)過程來進(jìn)行，它允許非常廣泛的范圍的故障情況中的可靠有效結(jié)果識(shí)別，甚至用于非常高的故障電阻。
在附圖所示的一個(gè)實(shí)施例中說明根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，

圖1提供本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)的電力網(wǎng)的總圖，圖2是對(duì)于確定同步角所考慮的故障前正序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖，圖3是對(duì)于故障FA的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖4是對(duì)于故障FA的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖5是對(duì)于故障FA的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖6是對(duì)于故障FA的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖7是對(duì)于故障FB的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖8是對(duì)于故障FB的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖9是對(duì)于故障FB的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖10是對(duì)于故障FB的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖11是對(duì)于測(cè)量補(bǔ)償組阻抗所考慮的故障前正序的串聯(lián)補(bǔ)償線路的等效電路圖，圖12是根據(jù)本發(fā)明的故障定位算法的示例的流程圖。
圖1所示的輸電系統(tǒng)由連接兩個(gè)電力站A和B的串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線組成。已安裝的串聯(lián)電容器(SC串聯(lián)電容器)包括并聯(lián)的金屬氧化物變阻器(MOV-金屬氧化物變阻器)(SC&MOV)，它以預(yù)定方式限制電容器兩端的電壓。站A位于線路的開始，站B位于這個(gè)線路的末端。在站A，存在故障定位器FL。故障定位器也可位于站B或者獨(dú)立位置，這在圖1中未示出。使用分布參數(shù)線路模型、故障模型和對(duì)稱分量正、負(fù)和零的故障環(huán)路以及故障的不同類型、通過應(yīng)用適當(dāng)分?jǐn)傁禂?shù)(當(dāng)估計(jì)故障電阻兩端的電壓降時(shí)確定總故障電流的對(duì)稱分量之間的關(guān)系，其定義為aF1、aF2、aF0)以及定義故障環(huán)路的總模型中的各個(gè)分量的分?jǐn)偟募訖?quán)系數(shù)a1、a2、a0、am0，來進(jìn)行故障定位。
向故障定位器FL提供來自站A和B的三相電流和來自站A、B的三相電壓的不同步測(cè)量。故障定位器提供有關(guān)于故障的類型及其發(fā)生時(shí)間的信息。然后，假定兩個(gè)假想故障點(diǎn)，并且計(jì)算給定線路段A和B的開始與故障點(diǎn)(FA，F(xiàn)B)之間的距離dA、dB，以便對(duì)下列假設(shè)確定有效結(jié)果、即與實(shí)際故障情況一致的有效結(jié)果 -假定故障在線路段LA中發(fā)生，則計(jì)算同步角δA、從線路在站A的開始到故障點(diǎn)FA的距離dA、故障電阻RFA和在故障狀態(tài)的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_pbSUB_A、在故障前狀態(tài)的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_pre，-步驟103a、104a、105a、106a，其中LA是線路中在站A與電容器組之間發(fā)生故障的部分， -假定故障在線路段LB中發(fā)生，則計(jì)算同步角δB、從線路在站B的開始到故障點(diǎn)FB的距離dB、故障電阻RFG和在故障階段的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_phSUB_B、在故障前狀態(tài)的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_pre，其中LB是線路中在站B與電容器組之間發(fā)生故障的部分，-步驟103b、104b、105b、106b。
然后，在那兩個(gè)到故障的距離dA和dB之中選擇有效結(jié)果-步驟107。
步驟101。在站A和B，測(cè)量對(duì)于故障狀況的來自各相的電流和電壓輸入信號(hào)IA_a、IA_b、IA_c、VA_a、VA_b、VA_c、IB_a、IB_b、IB_c、VB_a、VB_b、VB_c和對(duì)于故障前狀況的IA_pre_a、IA_pre_b、IA_pre_c、VA_pre_a、VA_pre_b、VA_pre_c、IB_pre_a、IB_pre_b、IB_pre_c、VB_pre_a、VB_pre_b、VB_pre_c以及在雙電路線路電流的情況下來自健康并聯(lián)線路的IAparal_a、IAparal_b、IAparal_c、IBparal_a、IBparal_b、IBparal_c或者僅零序電流IAparal_0、IBparal_0。
步驟102。在這個(gè)步驟，計(jì)算對(duì)于故障前狀況和故障狀況的在站A、B所測(cè)量的相電流以及在站A、B所測(cè)量的相電壓的對(duì)稱分量。這種計(jì)算的細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的。
步驟103a。在這個(gè)步驟，按照如下方式計(jì)算同步角δA -如果存在相-地故障或相-相故障，則通過根據(jù)關(guān)于故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段發(fā)生的假設(shè)來分析圖3、圖4、圖5、圖6的總故障電流，通過下列公式確定項(xiàng)

中的同步角δA 其中 下標(biāo)ph-g表示相-地故障a-g、b-g、c-g，而下標(biāo)ph-ph表示相-相故障a-b、b-c、c-a。
aF2I-SET，aF1II-SET-表示與表1中收集的故障類型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站B的正序電流， ISC2_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站B的負(fù)序電流， 其中 l-表示總線路長(zhǎng)度， PSC-表示補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離圖中未示出的站A安裝處的每單位長(zhǎng)度的距離(p.u.)，

表示正序的線路的特性阻抗，

表示正序的線路的傳播常數(shù)， Z′1L，Y′1L-表示每個(gè)單位長(zhǎng)度的線路正序阻抗和導(dǎo)納。
考慮按照等式(3)和(5)確定負(fù)序量，其正和負(fù)序線路參數(shù)實(shí)際上是相同的。對(duì)于兩種序列，使用正序的線路參數(shù)(下標(biāo)1)。這也適用于以下考慮因素。
不同類型的故障的邊界條件的分析表明，當(dāng)確定在估計(jì)故障電阻兩端的電壓降時(shí)確定總故障電流的對(duì)稱分量之間的關(guān)系的分?jǐn)傁禂?shù)時(shí)，存在一定自由度。它們的選擇取決于所采用的依靠故障類型的各個(gè)序列分量的使用偏好。在本發(fā)明實(shí)施例的所提供示例中，為了確保故障定位的高準(zhǔn)確度，故障電阻兩端的電壓降使用正和負(fù)序分量來估計(jì)。
存在相-地a-g、b-g、c-g和相-相故障a-b、b-c、c-a的分?jǐn)傁禂?shù)的兩個(gè)特性備選集合(以及其它可能集合)，如表1所示。
表1.相-地故障和相-相故障 -兩個(gè)備選的分?jǐn)傁禂?shù)集合
與上述故障類型對(duì)照，其它情形針對(duì)其余故障類型(相-相-地和三相對(duì)稱故障)。情況是這樣，因?yàn)閷?duì)于這些其余故障，不存在正和負(fù)序的分?jǐn)傁禂?shù)的備選集合-如表2所示。
表2.相-相-地故障和三相故障的分?jǐn)傁禂?shù)集合。
故障類型由下列符號(hào)表示a-g、b-g、c-g、a-b、b-c、c-a、a-b-g、a-b-c、a-b-c-g、b-c-g、c-a-g，其中字母a、b、c表示各個(gè)相，而字母g表示接地(地)，指數(shù)1表示正序分量，指數(shù)2表示負(fù)分量。
如果不存在相-地故障并且不存在相-相故障，則使用分布參數(shù)線路模型、從故障前狀況的電流的分析(圖2)的項(xiàng)

中的同步角δA通過以下公式來計(jì)算 其中 Z1A＝pSClA1sh_pZ′1L Y1A＝0.5pSClA1th_pY′1L Z1B＝(1-pSC)lA1sh_1-pZ′1L Y1B＝0.5(1-pSC)lA1th_1-pY′1L VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)故障線路測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)。
步驟104a。由于確定了同步角δA并且因此確定了同步算子

把來自站A的信號(hào)的相量與這個(gè)算子相乘。這確保在兩個(gè)線路端異步獲取的信號(hào)的相量的共同基準(zhǔn)。
考慮分布參數(shù)線路模型，應(yīng)用下列一般化故障環(huán)路模型，從而包含不同故障類型，它通過使用適當(dāng)加權(quán)系數(shù)ai和分?jǐn)傁禂?shù)aFi來反映，它們均與故障類型相關(guān)，其中i＝0、1、2，并且表示第i個(gè)對(duì)稱分量，其中a1、a2、a0、am0-表3中收集的加權(quán)系數(shù)，以及aF1、aF2-表4中收集的分?jǐn)傁禂?shù)。
對(duì)于單線路的 對(duì)于雙電路線路的 其中 dLA-表示未知的假想的到故障的距離，單位為[p.u.]，其表達(dá)成與站A與串聯(lián)電容器組之間的線路段的長(zhǎng)度(PSCl)相關(guān)， RFA-表示未知故障電阻， a1，a2，a0，am0-表示與表3中收集的故障類型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， aF1，aF2-表示與表4中收集的故障類型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， IAparal_0-表示在健康并聯(lián)線路所測(cè)量的來自站A的零序電流。
表3.組成的故障環(huán)路電壓和電流的加權(quán)系數(shù)
表4.用于計(jì)算總故障電流的分?jǐn)傁禂?shù)
將等式(7)或(8)分解為實(shí)部/虛部允許對(duì)它求出未知數(shù)dLA和RFA。例如，迭代Newton-Raphson方法可適用于其中。這種方法要求設(shè)置尋求值的起始值。這些值可設(shè)置為對(duì)于dLA為0.5[p.u.]以及對(duì)于RFA為0。
完成(7)或(8)的求解之后，與站A與B之間的整個(gè)線路長(zhǎng)度l相關(guān)的到故障的距離dA[p.u.]計(jì)算為 dA＝pSCdLA (9) 其中，dLA是來自等式(7)或(8)的最后一次迭代求解的結(jié)果。
步驟105a。在這個(gè)步驟，在故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流的值來計(jì)算。
其中 △VSC_phSUB_A，ISC_phSUB_A-表示從電壓降的第i個(gè)對(duì)稱分量和進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱分量所計(jì)算的電壓和電流的相位量，其中忽略線路的旁路電容 -在單相-地故障的情況下出故障的相 -在相間故障的情況下出故障的相的任一相，

表示SC&MOV兩端的電壓降的第i個(gè)對(duì)稱分量，

表示進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱分量，其中忽略線路的旁路電容， a1_，a2_，a0_-與故障類型相關(guān)的復(fù)數(shù)系數(shù)，它們通過這樣一種方式來選取，使得在下列情況中 -單相-地故障-出故障的相，例如對(duì)于a-g故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗， -相間故障-出故障相的任一相，例如對(duì)于a-b故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗。
步驟106a。在這一階段，計(jì)算在故障前階段的補(bǔ)償組的等效阻抗 其中 步驟103b。在這個(gè)步驟，按照如下方式計(jì)算同步角 如果存在相-地故障或相-相故障，則通過根據(jù)關(guān)于故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段發(fā)生的假設(shè)來分析總故障電流(圖7、圖8、圖9、圖10)，通過下列公式確定項(xiàng)

中的同步角δB 其中 aF21-SET，aF1II-SET-表示與表1中收集的故障類型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站A的正序電流， ISC2_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站A的負(fù)序電流， 其中 l-表示總線路長(zhǎng)度， PSC-表示補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離站A安裝處的距離(p.u.)，

表示正序的線路的特性阻抗，

表示正序的線路的傳播常數(shù)， Z′1L，Y′1L-表示每個(gè)單位長(zhǎng)度的線路正序阻抗和導(dǎo)納。
考慮按照等式(14)和(16)確定負(fù)序量，其正和負(fù)序線路參數(shù)實(shí)際上是相同的。對(duì)于兩種序列，使用正序的線路參數(shù)(下標(biāo)1)。這也適用于以下考慮因素 -如果不存在相-地故障并且不存在相-相故障，則通過公式(6)確定項(xiàng)

中的相-地故障和相-相故障的同步角δB。
步驟104b。確定了同步角δB并且因此確定了同步算子

把來自端B的信號(hào)的相量與這個(gè)算子相乘。這確保在兩個(gè)線路端異步獲取的信號(hào)的相量的共同基準(zhǔn)。
考慮分布參數(shù)線路模型，應(yīng)用下列一般化故障環(huán)路模型，從而包含不同故障類型，它通過使用適當(dāng)加權(quán)系數(shù)ai和分?jǐn)傁禂?shù)aFi來反映，它們均與故障類型相關(guān)，其中a1、a2、a0、am0-表3中收集的加權(quán)系數(shù)，以及aF1、aF2-表4中收集的分?jǐn)傁禂?shù)。
對(duì)于單線路的 對(duì)于雙電路線路的 其中 dLB-表示未知的假想的到故障的距離，單位為[p.u.]，其表達(dá)成與站B與串聯(lián)電容器組之間的線路段的長(zhǎng)度(1-(PSC)l)相關(guān)， RFB-表示未知故障電阻， a1，a2，a0，am0-表示表3中收集的與故障類型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， aF1，aF2-表示表4中收集的與故障類型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， IBparal_0-表示在并聯(lián)線路所測(cè)量的來自站B的零序電流， 將等式(17)或(18)分解為實(shí)部/虛部允許對(duì)它求出未知數(shù)dLB、RFB。例如，迭代Newton-Raphson方法可適用于那種情況。這種方法要求設(shè)置尋求值的起始值。這些值可設(shè)置為對(duì)于dLB為0.5[p.u.]以及對(duì)于RFB為0。
完成(17)或(18)的求解之后，與站A與B之間的整個(gè)線路長(zhǎng)度l相關(guān)的到故障的距離dB[p.u.]計(jì)算為 dB＝(1-pSC)dLB (19) 其中，dLB是來自(17)或(18)的最后一次迭代求解的結(jié)果。
步驟105B。在故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流的值來計(jì)算 其中 ΔVSC_phSUB_B，ISC_phSUB_A-表示從電壓降的第i個(gè)對(duì)稱分量和進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱分量所計(jì)算的電壓和電流的相位量，其中忽略線路的旁路電容 -在單相-地故障的情況下出故障相， -在相間故障的情況下出故障相的任一相， a1_，a2_，a0_-表示與故障類型相關(guān)的復(fù)數(shù)系數(shù)，它們通過這樣一種方式來選取，使得在下列情況中 -單相-地故障出故障的相，例如對(duì)于a-g故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗， -相間故障出故障相的任一相，例如對(duì)于a-b故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗，

表示對(duì)于第i個(gè)對(duì)稱分量的SC&MOV兩端的電壓降，

表示進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱分量，其中忽略線路的旁路電容。
步驟106b。在這一階段，如同步驟106a那樣，計(jì)算在故障前階段的補(bǔ)償組的等效阻抗 步驟107。在這個(gè)步驟，生成最終結(jié)果的選擇。
首先，檢查特定子例程I和子例程II是否產(chǎn)生段范圍之內(nèi)的到故障的距離以及故障電阻是否具有正值。如果情況不是這樣(如果所確定的到故障的距離位于段范圍之外和/或故障電阻為負(fù)值)，則拒絕這種子例程。
隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”。
如果滿足下列相關(guān)性 和 這表示在站A與SC&MOV組之間已經(jīng)發(fā)生故障，并且結(jié)果 dA-表示從站A一直數(shù)到故障點(diǎn)F(圖1)到故障的距離(p.u.)， RFA-故障電阻， 是有效結(jié)果，即，與實(shí)際故障情況一致。
如果滿足相反相關(guān)性 和 這表示在站B與SC&MOV組之間已經(jīng)發(fā)生故障，并且結(jié)果 dB-表示從站B一直數(shù)到故障點(diǎn)F(圖1)的到故障的距離(p.u.)， RFB-故障電阻， 是有效結(jié)果，即，與實(shí)際故障情況一致。
觀察到，dA或dB的選擇與串聯(lián)電容的狀態(tài)和/或值無關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種通過兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線中的故障定位的方法，其中到故障的距離以及故障電阻通過在故障發(fā)生之前和之后在站(A)和(B)中的電壓和電流值測(cè)量來確定，其特征在于，如果故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段LA中發(fā)生，則故障定位的距離(dA)通過以下來確定
-確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知類型的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δA)，
-然后考慮分布參數(shù)線路模型，并且求解公式
dA＝pSCdLA
其中
PSC-表示補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離站A安裝處的每單位總線路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)，
dLA-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度PSCl相關(guān)，其值使用已知迭代法通過求解以下故障環(huán)路公式來接收
對(duì)于單線路的
對(duì)于雙電路線路的
其中
RFA-表示未知故障電阻，
a1，a2，a0，am0-表示與故障類型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)，
Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值分量，
aF1，aF2-表示與故障類型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)，
Z0m-零序的互耦阻抗，
IAparal_0-表示在健康并聯(lián)線路所測(cè)量的來自所述站A的零序電流，
-然后，通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流來計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_phSUB_A)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果(dA)，它通過以下步驟來選擇
-首先，檢查所述故障電阻(RFA)是否具有正值，以及如果不是，則拒絕這個(gè)子例程，
-隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果它的每個(gè)滿足下列相關(guān)性
和
則
所述故障在所述站A與所述SC&MOV組之間發(fā)生，并且所述結(jié)果(dA)為有效結(jié)果。
2.一種通過兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線中的故障定位的方法，其中到故障的距離以及故障電阻通過在故障發(fā)生之前和之后在站(A)和(B)中的電壓和電流值測(cè)量來確定，其特征在于，如果故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段LB中發(fā)生，則故障定位的距離(dB)通過以下來確定
-確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知類型的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δB)，
-然后考慮分布參數(shù)線路模型，并且求解公式
dB＝(1-pSC)dLB
其中
(1-PSC)-表示所述補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離所述站B安裝處的每單位總線路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)，
dLB-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度(1-PSCl)相關(guān)，其值使用已知迭代法通過求解以下故障環(huán)路公式來接收
對(duì)于單線路的
對(duì)于雙電路線路的
其中
RFB-表示未知故障電阻，
Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值系數(shù)，
a1，a2，a0，am0-表示與故障類型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)，
aF1，aF2-表示與故障類型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)，
Z0m-零序的互耦阻抗，
IBparal_0-表示在健康并聯(lián)線路所測(cè)量的來自所述站B的零序電流，
-然后，通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流來計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_phSUB_B)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果(dB)，它通過以下來選擇
-首先，檢查故障電阻(RFB)是否具有正值，以及如果不是，則拒絕這個(gè)子例程，
-隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果滿足下列相關(guān)性
和
則故障在站B與所述SC&MOV組之間發(fā)生，并且所述結(jié)果(dB)為有效結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)
中的同步角(δA)
其中
下標(biāo)ph-g表示相-地故障a-g、b-g、c-g，而下標(biāo)ph-ph表示相-相故障a-b、b-c、c-a，
aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類型相關(guān)的系數(shù)，
ISC1_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自所述站B的正序電流，
ISC2_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自所述站B的負(fù)序電流。
NA1，NA2-表示與在站A分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式來確定不是相-地故障也不是相-相故障的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δA)
其中
VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)出故障線路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
Z1A，Y1A-表示線路段LA的阻抗和導(dǎo)納，
Z1B，Y1B-表示線路段LB的阻抗和導(dǎo)納，
LA-是線路站A與串聯(lián)電容器組之間的線路部分
LB-是線路站B與串聯(lián)電容器組之間的線路部分。
5.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式來確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)
中的同步角(δB)
其中
aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類型相關(guān)的系數(shù)，
ISC1_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自所述站A的正序電流，
ISC2_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來自站A的負(fù)序電流，
NB1，NB2-表示與在站B分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式來確定不是相-地故障也不是相-相故障的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δB)
其中
VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)出故障線路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
Z1A，Y1A-表示線路段LA的阻抗和導(dǎo)納，
Z1B，Y1B-表示線路段LB的阻抗和導(dǎo)納，
LA-是線路站A與串聯(lián)電容器組之間的線路部分
LB-是線路站B與串聯(lián)電容器組之間的線路部分。
7.一種保護(hù)繼電器，其配備有故障定位器(FL)，所述故障定位器(FL)包括用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的至少任一項(xiàng)所述的步驟的部件。
8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)程序代碼，它在運(yùn)行于計(jì)算裝置上時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線上的故障定位方法，在電力行業(yè)以及無補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)母呒軅鬏斁€方面得到應(yīng)用。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，到故障的距離以及故障電阻通過在故障發(fā)生之前和之后在站A和B中的電壓和電流值測(cè)量來確定(101)，包括以下步驟根據(jù)故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段LA中發(fā)生的假設(shè)以及根據(jù)故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線路段LB中發(fā)生的假設(shè)，在第一情況(段LA的故障)下確定(103a)項(xiàng)ejδA中的同步角δA，在第二情況(段LB的故障)下確定(103b)項(xiàng)ejδB中的同步角δB；然后考慮分布參數(shù)線路模型，通過下列公式來確定(104a，104b)到故障的距離(dA)或(dB)dA＝PSCdLA，dB＝(1-PSC)dLB，其中dLA、dLB-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度(PSCl)相關(guān)，其值通過已知迭代方法來接收；然后，通過使用故障后的測(cè)量電壓和電流來計(jì)算(105a，105b)故障級(jí)的補(bǔ)償組的等效阻抗(公式(I)和(II))，并且計(jì)算(106a，106b)故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSCl_pre)，以便確定哪一個(gè)距離(dA)或(dB)是最終結(jié)果。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101828119SQ200880113399
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者P·巴爾塞雷克, M·富爾齊克, E·羅索洛夫斯基, J·伊齊科夫斯基, M·薩哈 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司