利用单侧电量的高压输电线路故障测距算法研究
2021-09-30
来源:乌哈旅游
第22卷第11期1998年11月电Power网技术SystemTechnologyV01.22No.11NOV.1998利用单侧电量的高压输电线路故障测距算法研究毛晓明广东工业大学电工系,510090广州ALGoRITHMFoRHIGHVoLTAGE刘沛程时杰华中理工大学电力系,430074武汉TRANSMISSIoNLINEFAULTLoCATIoNUSINGoNETERMINALVoLTAGEANDCURRENTLiuPeiMaoXiaomingGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,510090ChinaChengShijieHuaZhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,430074对测距模型A:U。一L・pZLl+3Iio・RIChinaAdeep—-goingresearchonthecommonlyadopt..edfaultlocationalgorithmsforhighvoltagetransmissionlineusingoneterminalvoltageandcurrentisperformedinthispa—ABSTRACTper.Theinnerrelationshipofthemisalsoanalysedindetail,andthebasisoftheanalysisanewfaultlocationalgorithmisgiven.Thecorrectnessofthisalgorithmisprovedbytheresultofsimulationcalculationandcalculationbasedonaon一厶・pALl+紫・Rs对测距模型B:U。一Io・pZLl+,,・R,(1)groupofrealtestingdata.HighvoltagetransmissionlineFaultloca—KEYWORDStion一j。・夕zLl+崇・R,式(1)和(2)中(1--p)ZLo+ZNon(2)algorithmR,为故障点的过渡电阻,DA。一(1--p)ZLl+ZⅣI,7,7摘要文章对目前常用的单侧输电线路故障阻抗测距算法进行了研究及仿真计算,揭示了算法间的内在联系,在此基础上给出了一种新的电力系统故障测距算法,仿真及实例计算证明了其正确性。关键词高压输电线路故障测距算法Z』Ifo+Z工o+ZⅣo’∥A1一ZMl+ZLl+ZNl’二Mo、二Ⅳ0、乙。为两侧系统及线路零序阻抗,ZM,、纨,、Z。,为两侧系统及线路正序阻抗。(1)式中,如为流经故障点的零序电流,L。为流经测距装置的零序电流,这一公式仅对接地故障测距有效。式(2)中,J,为流经故高压输电线故障点的准确定位是提高电网安全经济运行的重要措旋,准确的故障定位可以减轻巡线负担,加快线路恢复供电,减少因停电而造成的经济损失。现有的使用单侧电量的故障测距算法可以简单归纳为迭代法和解二次方程法。迭代法可能收敛至伪根,而单一的解方程测距法可能解出两个区内根,无法判断其真伪。文献E1]提出了提高测距精度及可靠性的设想。本文在对各种算法进行进一步研究及仿真计算的基础上,得出了一些有益的结论,提出了改进型的测距算法,仿真及实例计算证明了其正确性。障点的电流,‰为流经测距装置的电流,对于不同的故障类型,式中U—L、‰的表达式是不同的‘21。p一:二=_一图1故障测距系统图Fig.1Systemdiagramforfaultlocation2常用算法简介2.1迭代测距算法2.1.1零序电流相位修正法[3]该法首先假设本侧零序电流lm0与故障点实际1测距基本公式为不失一般性,故障测距使用图1所示的单回双电源系统。设线路全长为Z,故障点到测距装置安装侧距离百分比为P,对不同的测距模型A和B分别有如下方程。电流b的夹角口(o)为零,再从公式(1)对应的矢量图由正弦定理列写故障距离P(五)与口(志一1)的关系式,并借助DA。的表达式得a(五)与P(五)的关系,构万方数据16PowerSystemTechnologyV01.22No.11成r初值一修正一终僵的迭代计算式:2.2解二次方程测距法2.2.1基于零序电流相位修正的解方程法‘51该法联立2.1.1节所述零序电流相位修正迭代@’fP(五)一面垮坛・s丽in[万Os+丽a(kF--两1)]似煳rg丐篇器挚【口(o)一。法中两迭代式,经较复杂合并、化简,得关于P的二次方程A1P2+B1P+C1—0(7)式中口。=arg缘,吼一,r-argUiMF,口=argI瓦mo,UMFI。・PZLl。式中A1一D(X。一G尺o)+C(GX。+R。),B1一D(粥一E)一B(Xo—GRo)一C(GE+F)一A(GXo+Ro)Cl—A(GE+F)一B(FG—E)2.1.2零序电流修正法嘲本法首先取故障点零序电流为本侧零序电流,即‰(o)一J。o(o),再将式(1)按实虚部分开,消去过渡电阻R,,得故障距离P(是)与故障点电流如(五一1)的关系式,最后引入DA。的表达式得‰(屉)与P(五)的关系式,构成三步迭代式:A=X。+R。tgfl,B=R。一X。tgfl,C=X1+R:tgfl,D=Rl—X1tgflE—XLo+XNo,F=RLo+R_Ⅳo,G一(X肘o+蹦)一面甭…、XLo+XⅣo)/(JR肘o+R工o+RⅣo)M一1、V_x式中R,、X。、R。、X。分别为线路的正、零序电阻和电抗,fl=arg(L/I。o),R。一(U..cosO.)/Io,X。一以为测量阻抗角。㈤(U。sin六)/L,2.2.2零序解方程法[4]该法由基本方程(1)直接变形,并将表达式分为实部、虚部,消去过渡电阻R,后化简得到如(五)一J。。百Z了Mo+两Z瓦Lo+再Zm瓦Iio(0)一J。o式中AU.一j。・ZL:,Umar、Umx、AU。、AU。、J,0,和P2一(丁1R一笋・T1x)P+(丁2R—Z2x*不I一3R)一0式中(8)如:分别为【,一AU。和‰的实部及虚部。2.1.3故障电流相位修正法‘43f聪)一揣・丽sin[-行0a+取fl(Fk-丽1)]G’【口(O)一0』』』似细rg吃帮导孑UMF同上。丁。一惫+・+凳,丁。一急c,+髦,,丁。一忘(髦+凳+1)^和丁鼢别为丁i的实部和虚部,i一1,2,3。2.2.3正序解方程法[4]该法着服于基本方程(2)对应的矢量图,据正弦式中驴arg尝fm,吼一万一g警fm,p~g簪f,2.1.4故障电流修正法‘43定理列写故障距离P与,觚J,的夹角p的关系,经过一系列合并及化简可得口P2+bP+f-----0(9)跗,一一Isz(k-1)式中口一R3sin04一R1cos04,b—R4sin04一R2cos04一S(R3sin03+R1cos03),㈤C-----一S(R4sin03+R2cos03),5=IU。l/IL|.IZLlI),Rl一1一FH,R2=GH+FH—E一1,R4一EH+H+F+GL(五户.』.加百Z了M1@两-Z豆L1-31-雨ZNI忑式中b和如为乃的实部和虚部。2.1.3法与2.1.4法的导出极其类似于2.1.1法和2.1.2法的导出过程,只需从基本公式(2)出发,式中R3一一(F+日),E—ZⅣ1R/ZLlR,F—Zrlx/ZLlR,G—ZNlx/ZLlR,H—ZR/Zx,ZR=ZMlR+ZulR+ZLlR,Zx=ZMlX+ZNlx+Z£1XZMlnZMlx、ZNlR、ZⅣmZm和zLlx分别为用J,仇、,,代替Ira0与如即可。万方数据ZM。、Z叭z工,的实部及虚部。第22卷第11期电网技术2.2.4ASEA算法咄。由基本公式(2)直接变形,类似于2.2.2节的推导过程得P2--(K。R一瓦K3R・K。x)P+(K:R—K:x・龛薹)一。(1。)式中KI一惫+,+凳心一彘cHZ锄N1),K3一彘(象+凳+1)撼和K扮别为Kz的实部及虑部,i一1。2.3.3算法分析分析上节介绍的各种算法可得到下列结论:(1)2.1节所述迭代法与2.2节所述解二次方程测距法之间存在着一一对应的关系:即迭代法中2.1.1、2.1.2、2.1.3及2.1.4节所述的方法分别对应于解方程法中2.2.1、2.2.2、2.2.3及2.2.4各节所述的方法。它们之间的差异仅在于求解方法上的不同。事实上,用联立迭代法中两相应迭代公式即可导出相应的解方程法。这种对应关系在2.2.1节中所述的基于零序电流相位修正的解方程法及2.2.2节中所述的正序解方程法的推导过程中已有明显体现。(2)2.2节所述解二次方程测距法中,基于零序电流相位修正的解方程法(见2.2.1节)与零序解方程法(见2.2.2节)为同种算法,正序解方程法(见2.2.3节)与ASEA算法(见2.2.4节)为同种算法。由方程的导出过程可见,2.2.2节中的方法由基本公式(1)直接导出,而2.2.1节则着眼于与公式(1)对应的矢量图合并简化而得,其实质完全相同,二者仅在数学形式上不同而已。类似地,2.2.2节所述的方法由公式(2)直接导出,而2.2.3节中的方法则是着眼于与公式(2)对应的矢量图合并简化而得,二者实为一种算法。笔者由2.2.2节所述的方法导出了2.2.1节所述的方法,由2.2.4节所述的方法导出了2.2.3节所述的方法。仿真计算的结果也证实了这一结论。四个方程中,2.2.2节所述的方法与2.2.4节所述的方法形式上更简洁。(3)四种迭代测距算法中,2.1.1节与2.1.2节,2.1.3节与2.1.4节是类似方法,根据文[1]的仿真结果,2.1.2节中的式(4)与2.1.4节中的式(6)的伪根率略低。上述不同的四种迭代法与两个解方程法相对应。基于这种对应关系,迭代法迭代计算的结果必和与之对应的解方程法所得两根之一一致。当迭代万方数据法跑根时,其根收敛于相应解方程法的伪根。(4)实际系统中,系统与线路的正序阻抗角相差不大,一般在5。内,而其零序阻抗角相差较大,可达十几度,这就使使用零序阻抗的迭代法初值与真值差别较大,增大了迭代过程中收敛至伪根的概率。基于这种分析,使用零序参数的解方程法中的式(7)和式(8),两根同在区内及负根出现概率均大于使用正序参数的解方程法中的式(9)和式(10)。另一方面,系统运行时负荷分量为正序量,负荷潮流的波动将引起所有使用正序参数的测距算法产生误差,这种误差可能很大。(5)文献[1]提出测距的新构想对于接地故障,用正、零序解方程法中的式(8)和式(9)同时测距,取其公共根而达到去伪存真,准确测距的目的;对相间故障,建议用故障电流相位修正法(即式(5))及正序解方程法(即式(9))同时测距。本文建议测距计算应取形式上简洁的算法。对于接地故障,取ASEA法(即式(10))和零序解方程法即式(8)共同测距;对相间故障,用ASEA法(即式(10))与故障电流修正法(即式(6))同时计算。4仿真计算本文取18组典型系统及线路参数对上述算法进行了仿真计算。这些系统包括了强系统对弱系统,弱系统对强系统及一般系统,长距离,短距离输电线等等。输电线路故障距离从0%、lO,%、…、100%变化,两侧系统电势相位角差8为0。、±30。、±60。,过渡电阻由0Q、50Q、…、350Q变化,对每种系统网络参数均有440个结果数据。仿真计算所得结论如下:(1)接地故障由于两种解方程法没有方法误差,在系统参数精确的情况下,取到公共根的概率为100%。(2)相间故障其典型结果列于表1。表1相间故障故障测距仿真计算结果Table1Simulationresultofphase-to-phaseshortfaultlocation系统组别ASEA法迭代法伪公共根为公共根为区两根区内根率伪根内伪根仿真计算结果表明,当本侧为弱系统时,ASEA法两根同在区内的概率较大,迭代法伪根率亦较大。(下转第26页continuedonpage26)26PowerSystemTechnologyV01.22NO.11(TCSC)物理模拟的实验结果可直接为工程实际服务。nanceinpowersystems.IEEEPress,19907陈珩.同步电机运行基本理论与计算机算法.北京:水利电力出版社,19928陈亚伦.500kV串联补偿输电系统的次同步谐振计算分析.电力技术,1991;(12)7参考文献1李长益.串联补偿输电系统与次同期谐振.500kV线路串联电容器补偿技术文选,1997.22Zhu9李光琦,张直平.频率扫描法分析西Jt:330kV主网高串补水平下的次同步谐振可能性.中国电机工程学报,1992;(1)收稿日期:1998—04—06。W,MohlerRR,AlexanderGC.AnEMTPstudyofSSRmiti—ongationusingthethyristorcontrolledseriescapacitor.IEEETransPowerDelivery,1995;10(3)3唐勇男,1970年生,硕士,曾从事行波测距的研究。现在攻读博士学位,主要从事TCSC的模拟和控制研究。李乃湖男,1960年生,教授,博士生导师,主要从事FACTS、电力系统优化运行、电力系统暂态分析等领域的研究。田立军男,1962年生,博士,主要从事继电保护和控制策略的研究。陈珩男,1928年生,教授,博士生导师,从事电力系统多方面的研究,目前侧重于FACTS、电力系统暂态分析、电力系统数字仿真等领域的研究。RajaramanR,DobsonI,LasseterRHet耐.ComputingthedampingofsubsynchronousoscillationsduetOathyristorcontrolledseriescapacitor.IEEETransonPowerDehvery,1996;11(2)4东南大学.伊冯500kV输电系统可控串补动态模拟.19975杜极生.轴系扭转振动的试验、监测和仪器.南京:东南大学出版社,19946AndersonPM,AgrawalBL,VanNessJE.Subsynchronousreso-(上接第17页continuedfrompage17)5%内,测距结果令人满意。表2故障测距实例计算结果Table2Calculationresultsoffaultlocationbasedon两方法在任何情况下都可得到一公共根。当迭代法跑根时,所取公共根为伪根,测距失败。公共根为区内伪根的概率一般小于4%。从测距可靠性角度考虑,建议对相间故障输出两根,其公共区内根可信度约为96%,另一根约为4%。therealtestingdata5实例计算实例计算针对图2所示华中理工大学动模实验接线,其中一侧电源侧为无穷大系统,另一侧为实验室模拟发电机,74~44线为500kV模拟高压输电线路,全长300km。6结论输电线路的各种阻抗测距算法中,利用系统正、零序阻抗的单一的迭代法或解二次方程测距法均存在着不可克服的缺陷。本文研究表明,对于接地故障,用正、零序两个方程同时计算可确定唯一的测距结果;对相间故障,用迭代法和解方程法联立求解,用以确定区内唯一根的可信度约为96%。图2实例计算接线图Fig.2Testingnetwork网络参数为:无穷大电源Z。=21.oaA85.0。Zo一25.612么76.0。7。一4#线z1—7.08nZ82.6。Zo一17.6Q么66.0。7参考文献1胡帆,刘沛,程时杰.高压输电线路故障测距算法仿真研究.中国电机工程学报,1995;(1)2ErikssonLeta1.Anaccuratefaultlocatorwithcompensationforapparentreactanceinthefaultresistanceresultingfromremote-endoninfeed.IEEETransPAS,1985;104(2)自线路44侧向发电机侧折算:Z,一2么85.0。,Zo一47.012260.0。8.0Q计算所取数据为WXB一41微机线路保护的两侧故障记录数据,对于K点(距本侧70%)发生的各种故障,本对侧测距结果如表2示,表2中设线路全长为100。3蔡德礼.高压输电线故障点定位的一种新的计算机方法.重庆大学学报,1982;(2)4任立,刘沛.故障测距算法新探.湖北电机工程学会1992年年会论文集5张哲,陈德树.高压输电线路故障测距算法的研究.中国电机工程学报,1992;(12)收稿日期:1997—11—21;改回日期:1998—09—01。毛晓明女,助教,1971年生,1996年于华中理工大学获硕士学位,现从事电力系统保护、控制方面的研究。刘沛女,教授,1944年生,研究方向为继电保护及电站自动化。测距计算产生误差的原因可能在于系统参数不够精确,CT、PT误差,计算累积误差等,综合误差在程时杰男,教授,博士生导师,1945年生,研究方向为人工智能在电力系统中的应用。万方数据