專利名稱：一種基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種故障測距方法，尤其涉及的是一種基于波速尋優(yōu)的直流行波故障 測距方法。
背景技術(shù)：
行波故障測距是根據(jù)行波在線路上的傳輸理論實現(xiàn)的故障定位方法。當(dāng)輸電線路 發(fā)生故障時，將會產(chǎn)生向線路兩端以接近光速傳播的電流和電壓行波，通過分析故障行波 包含的故障點信息，利用故障行波的傳輸時間就可以計算出故障距離。以傳統(tǒng)的雙端行波 測距為例，該方法主要是通過檢測故障波頭到達線路兩端的傳輸時間差，并利用以下公式 計算得到測距結(jié)果X= (L+ Δ t · ν) /2其中，X為故障點與線路末端的距離；L為線路總長；At為故障波頭到線路兩端的 傳輸時間差；ν為故障行波的波速。上述傳統(tǒng)的行波故障測距主要存在著幾個主要的問題(1)選取固定的波速進行計算，忽略了行波波速的變化特性。事實上，受線路色散 效應(yīng)和衰減特性的影響，故障行波波速并不是一個穩(wěn)恒量，而是一個受過渡電阻、傳輸距離 等因素影響的變化量。選取固定的經(jīng)驗波速進行計算，在線路色散效應(yīng)以及衰減特性較為 明顯時，會造成相當(dāng)大的測距誤差；(2)波頭的檢測與波速的選取缺乏有效的配合。對應(yīng)每一種波頭的定義都應(yīng)該有 相應(yīng)的波速與其相適應(yīng)，更進一步每一種過渡電阻和每一個故障距離都有相應(yīng)的波速與其 相對應(yīng)，然而傳統(tǒng)的行波測距算法中大多忽略了這些對應(yīng)關(guān)系，或者對這種對應(yīng)關(guān)系處理 不當(dāng)，造成了故障測距誤差的不可預(yù)測性和不可接受性；(3)測距結(jié)果受過渡電阻影響較大。線路發(fā)生高阻接地時，故障行波的波頭幅值變 小，測距誤差增大。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，旨在解決現(xiàn) 有的故障測距方法會造成相當(dāng)大的測距誤差；且故障測距誤差的不可預(yù)測性和不可接受 性；以及測距結(jié)果受過渡電阻影響較大等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，包括以下步驟SlOO 初始化測距裝置，并進行錄波，以錄波裝置的最小分辨率為閥值確定初始波 速，并通過小波變換分別確定故障行波到達線路的整流側(cè)與逆變側(cè)的時間；S200:根據(jù)確定的初始波速以及故障行波傳到整流側(cè)與逆變側(cè)的時間，通過測距 公式求取故障距離，記作χω ；
S300 通過仿真得到故障距離-波速曲線，根據(jù)求得的故障距離對故障距離-波速 曲線進行插值，分別求取故障行波從故障點傳播到線路的整流側(cè)的波速V1和逆變側(cè)的波速 V2 ；S400:利用上一步求得的波速力和 ，再次計算故障距離，記作x(i)，其中，i = n+l，n為自然數(shù)；S500 將第η次的測距結(jié)果與第n+1的測距結(jié)果進行比較，判斷兩者誤差是否小于 設(shè)定值或超出最大迭代次數(shù)，若小于設(shè)定值或超出最大迭代次數(shù)則執(zhí)行步驟S600 ；若大于 設(shè)定值，令i = i+Ι，并執(zhí)行步驟S300;S600 結(jié)束計算，輸出故障距離。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，所述錄波裝置確定初始波 速的方法為根據(jù)錄波裝置的分辨率設(shè)定一個速度值作為故障行波的初始波速，并令錄波 裝置檢測到的第一個數(shù)據(jù)點的時間為波頭的到達時間。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，所述步驟S200中所述的測 距公式為x(0) = [1+(Vt2) · V0]/2其中，x(°)均指初始確定的故障點距整流側(cè)的距離，、為行波到達線路的整流側(cè)的 時間，t2為行波到達線路的逆變側(cè)的時間，1表示線路的總長度，V0表示初始波速。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，在利用故障距離對故障距 離-波速曲線進行插值前，對所述故障距離-波速曲線進行的修正，其具體步驟包括Al 根據(jù)實際輸電線路參數(shù)建立仿真模型，間隔距離X進行故障仿真，得到初始的 故障距離-波速仿真曲線V(X)；A2:根據(jù)實測或系統(tǒng)已有的先前故障數(shù)據(jù)，得到部分點的實測樣本，并將其與仿真 曲線的進行對比、擬合，得到修正系數(shù)f(x)；A3:利用修正系數(shù)對仿真曲線進行修正，獲得修正后的故障距離-波速曲線
V' (X) = V (X)+f (X)。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，所述仿真曲線的修正系數(shù) f(x)為f (χ) = ax+b其中，f(x)為修正系數(shù)，a和b為常數(shù)，χ為故障點距整流側(cè)的距離。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，所述仿真曲線通過電磁暫 態(tài)仿真軟件建立。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，利用波速V1和V2，再次計算 故障距離的公式為
r π v(0 Zv1-V1V2(K)^ =-
V1 +V2其中，χω為再次計算得到的故障點距整流側(cè)的距離，V1表示行波傳播到整流側(cè)的 速度，V2表示行波傳播到逆變側(cè)的速度，1表示線路的總長度，、為行波到達線路的整流側(cè) 的時間，t2為行波到達線路的逆變側(cè)的時間。所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，所述最大迭代次數(shù)為30。
所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其中，所述誤差值為300米。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過建立利用寬頻故障信息的波頭與波速配合體系， 并基于這一體系對波速進行尋優(yōu)，消除線路色散效應(yīng)、衰減特性以及過渡電阻對測距結(jié)果 的影響。在基于當(dāng)前直流工程行波測距裝置的采樣率水平，不改動現(xiàn)有測距裝置硬件設(shè)施 的前提下，本發(fā)明可大大地提高直流線路行波故障測距精度。


圖1是本發(fā)明提供的測距方法流程圖；圖2是本發(fā)明提供的測距方法的故障發(fā)生示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對 本發(fā)明進一步詳細說明。為了使本發(fā)明提供的在寬頻體系下基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法能夠 成功的實施，本本實施例首先提供一種寬頻體系下波頭檢測與波速選取配合方法，旨在減 少乃至消除過渡電阻對測距結(jié)果的影響。因為初始故障行波為階躍波，其包含了從零頻到無窮頻的所有分量。由于色散效 應(yīng)的存在，不同頻率分量在直流線路中有著不同的傳播速度，經(jīng)過一段時間的傳輸之后，各 頻率分量之間相位關(guān)系將發(fā)生變化，造成波頭形狀的畸變，波頭的前面部分只包含高頻分 量，波頭的尾部則同時含有高頻和低頻分量。因此，故障行波的傳播速度是只由波頭的最前 面部分決定的。實際中，錄波裝置的分辨率總是有限的，錄波裝置檢測到的故障行波的傳播 速度并不由實際故障行波的最前面部分決定，而是由其能夠檢測到的第一個數(shù)據(jù)點決定。 也就是說，錄波裝置檢測到的故障行波并不以光速傳播，而是以一個與裝置分辨率密切相 關(guān)的速度向前傳播，稱這一速度為信號速度，也就是對于給定分辨率的錄波裝置，為其能夠 檢測到的故障行波的傳播速度?；谏鲜龇治?，本發(fā)明實施例在進行故障測距時采用如下的波頭檢測與波速選取 配合方法確定初始波速對于給定分辨率的錄波裝置，選取與其相適應(yīng)的信號速度作為故 障行波的傳播速度，定義其檢測到的第一個數(shù)據(jù)點為波頭到達時刻以與信號速度相配合， 則可實現(xiàn)波頭定義與波速定義的有機統(tǒng)一。在此配合體系下，波頭的檢測不受過渡電阻的 影響，同時，若錄波裝置最小分辨率滿足要求(百伏級以上)，可以認為波速變化與過渡電 阻無關(guān)。因此，該波頭與波速配合體系能有效減少乃至消除過渡電阻對測距結(jié)果的影響。當(dāng)輸電線路發(fā)生接地故障時，本發(fā)明提供的基于波速尋優(yōu)的雙端行波測距方法如 圖1所示，包括以下步驟步驟SlOO 初始化測距裝置，并進行錄波，以錄波裝置的最小分辨率為閥值確定 初始波速，并通過小波變換分別確定故障行波到達線路的整流側(cè)與逆變側(cè)的時間。其中，、為到達線路的整流側(cè)的時間，t2為到達線路的逆變側(cè)的時間。具體參見 圖2所示，其中的R側(cè)表示整流側(cè)(Rectifier) ；I側(cè)表示逆變側(cè)(Inverter)，1表示線路的 總長度。本發(fā)明所說的故障距離χ均指故障點距整流側(cè)的距離，故障點距逆變側(cè)的距離為 (1-x)。
步驟S200 根據(jù)確定的初始波速以及故障行波到整流側(cè)與逆變側(cè)的時間，通過測 距公式求取故障距離，記作X 。預(yù)先初始設(shè)定的初始波速為Vtl，所述測距公式為χ = [l+(trt2) · ν]/2，通過初始 波速求得的初始故障距離為Xftl) = [l+(trt2) ·ν。]/2。步驟S300 通過仿真得到故障距離-波速曲線，根據(jù)求得的故障距離對故障距 離-波速曲線進行插值，分別求取故障行波從故障點傳播到線路的整流側(cè)的波速V1和逆變 側(cè)的波速V2。其中，V1表示傳播到整流側(cè)的速度，通過用初始故障距離x(°)對故障距離與波速的 關(guān)系曲線進行插值得到；ν2表示傳播到逆變側(cè)的速度，通過用1-χ 對故障距離與波速的關(guān) 系曲線進行插值得到。步驟S400 利用上一步求得的波速V1和ν2，再次計算故障距離，記作x(i)。本實施例根據(jù)波速隨故障距離的變化特性，提供的再次計算故障距離為
權(quán)利要求
1.一種基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，包括以下步驟SlOO 初始化測距裝置，并進行錄波，以錄波裝置的最小分辨率為閥值確定初始波速， 并通過小波變換分別確定故障行波到達線路的整流側(cè)與逆變側(cè)的時間；S200 根據(jù)確定的初始波速以及故障行波傳到整流側(cè)與逆變側(cè)的時間，通過測距公式 求取故障距離，記作χω ；S300 通過仿真得到故障距離-波速曲線，根據(jù)求得的故障距離對故障距離-波速曲線 進行插值，分別求取故障行波從故障點傳播到線路的整流側(cè)的波速V1和逆變側(cè)的波速V2 ；S400 利用上一步求得的波速V1和V2，再次計算故障距離，記作x(i)，其中，i = η+1, η 為自然數(shù)；S500 將第η次的測距結(jié)果與第η+1的測距結(jié)果進行比較，判斷兩者誤差是否小于設(shè)定 值或超出最大迭代次數(shù)，若小于設(shè)定值或超出最大迭代次數(shù)則執(zhí)行步驟S600 ；若大于設(shè)定 值，令i = i+Ι，并執(zhí)行步驟S300 ；S600 結(jié)束計算，輸出故障距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，所述 錄波裝置確定初始波速的方法為根據(jù)錄波裝置的分辨率設(shè)定一個速度值作為故障行波的 初始波速，并令錄波裝置檢測到的第一個數(shù)據(jù)點的時間為波頭的到達時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，所述 步驟S200中所述的測距公式為x(o) = [l+(tl-t2) ·ν0]/2其中，χ(°)均指初始確定的故障點距整流側(cè)的距離，、為行波到達線路的整流側(cè)的時 間，t2為行波到達線路的逆變側(cè)的時間，1表示線路的總長度，V0表示初始波速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，在利 用故障距離對故障距離-波速曲線進行插值前，對所述故障距離-波速曲線進行的修正，其 具體步驟包括Al 根據(jù)實際輸電線路參數(shù)建立仿真模型，間隔距離X進行故障仿真，得到初始的故障 距離-波速仿真曲線V(X)；A2 根據(jù)實測或系統(tǒng)已有的先前故障數(shù)據(jù)，得到部分點的實測樣本，并將其與仿真曲線 的進行對比、擬合，得到修正系數(shù)f(x)；A3:利用修正系數(shù)對仿真曲線進行修正，獲得修正后的故障距離-波速曲線ν' (x)= ν (χ) +f (χ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，所述 仿真曲線的修正系數(shù)f(x)為f (x) = ax+b其中，f(x)為修正系數(shù)，a和b為常數(shù)，χ為故障點距整流側(cè)的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，所述 仿真曲線通過電磁暫態(tài)仿真軟件建立。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，利用 波速V1和v2，再次計算故障距離的公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，所述 最大迭代次數(shù)為30。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，其特征在于，所述 誤差值為300米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于波速尋優(yōu)的直流行波故障測距方法，包括首先根據(jù)確定的初始波速以及故障行波傳到整流側(cè)與逆變側(cè)的時間，通過測距公式求取故障距離，記作x(0)；然后根據(jù)求得的故障距離對故障距離-波速曲線進行插值，分別求取故障行波從故障點傳播到線路的整流側(cè)的波速v1和逆變側(cè)的波速v2；利用求得的波速v1和v2，再次計算故障距離，記作x(i)；將第n次的測距結(jié)果與第n+1的測距結(jié)果進行比較，判斷兩者誤差是否小于設(shè)定值或超出最大迭代次數(shù)，若小于設(shè)定值或超出最大迭代次數(shù)則輸出故障距離；若大于設(shè)定值，則用x(i)再次進行插值，進行循環(huán)計算到故障距離。采用本發(fā)明可不改動現(xiàn)有測距裝置硬件設(shè)施的前提下，本發(fā)明可大大地提高直流線路行波故障測距精度。
文檔編號G01R31/08GK102087332SQ201010596998
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者張懌寧, 張楠, 蔡澤祥, 郭波 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心