专利名称：一种基于波速寻优的直流行波故障测距方法
技术领域：
本发明涉及一种故障测距方法，尤其涉及的是一种基于波速寻优的直流行波故障 测距方法。
背景技术：
行波故障测距是根据行波在线路上的传输理论实现的故障定位方法。当输电线路 发生故障时，将会产生向线路两端以接近光速传播的电流和电压行波，通过分析故障行波 包含的故障点信息，利用故障行波的传输时间就可以计算出故障距离。以传统的双端行波 测距为例，该方法主要是通过检测故障波头到达线路两端的传输时间差，并利用以下公式 计算得到测距结果X= (L+ Δ t · ν) /2其中，X为故障点与线路末端的距离；L为线路总长；At为故障波头到线路两端的 传输时间差；ν为故障行波的波速。上述传统的行波故障测距主要存在着几个主要的问题(1)选取固定的波速进行计算，忽略了行波波速的变化特性。事实上，受线路色散 效应和衰减特性的影响，故障行波波速并不是一个稳恒量，而是一个受过渡电阻、传输距离 等因素影响的变化量。选取固定的经验波速进行计算，在线路色散效应以及衰减特性较为 明显时，会造成相当大的测距误差；(2)波头的检测与波速的选取缺乏有效的配合。对应每一种波头的定义都应该有 相应的波速与其相适应，更进一步每一种过渡电阻和每一个故障距离都有相应的波速与其 相对应，然而传统的行波测距算法中大多忽略了这些对应关系，或者对这种对应关系处理 不当，造成了故障测距误差的不可预测性和不可接受性；(3)测距结果受过渡电阻影响较大。线路发生高阻接地时，故障行波的波头幅值变 小，测距误差增大。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容
本发明的目的在于提供一种基于波速寻优的直流行波故障测距方法，旨在解决现 有的故障测距方法会造成相当大的测距误差；且故障测距误差的不可预测性和不可接受 性；以及测距结果受过渡电阻影响较大等问题。本发明的技术方案如下一种基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，包括以下步骤SlOO 初始化测距装置，并进行录波，以录波装置的最小分辨率为阀值确定初始波 速，并通过小波变换分别确定故障行波到达线路的整流侧与逆变侧的时间；S200:根据确定的初始波速以及故障行波传到整流侧与逆变侧的时间，通过测距 公式求取故障距离，记作χω ；
S300 通过仿真得到故障距离-波速曲线，根据求得的故障距离对故障距离-波速 曲线进行插值，分别求取故障行波从故障点传播到线路的整流侧的波速V1和逆变侧的波速 V2 ；S400:利用上一步求得的波速力和 ，再次计算故障距离，记作x(i)，其中，i = n+l，n为自然数；S500 将第η次的测距结果与第n+1的测距结果进行比较，判断两者误差是否小于 设定值或超出最大迭代次数，若小于设定值或超出最大迭代次数则执行步骤S600 ；若大于 设定值，令i = i+Ι，并执行步骤S300;S600 结束计算，输出故障距离。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，所述录波装置确定初始波 速的方法为根据录波装置的分辨率设定一个速度值作为故障行波的初始波速，并令录波 装置检测到的第一个数据点的时间为波头的到达时间。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，所述步骤S200中所述的测 距公式为x(0) = [1+(Vt2) · V0]/2其中，x(°)均指初始确定的故障点距整流侧的距离，、为行波到达线路的整流侧的 时间，t2为行波到达线路的逆变侧的时间，1表示线路的总长度，V0表示初始波速。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，在利用故障距离对故障距 离-波速曲线进行插值前，对所述故障距离-波速曲线进行的修正，其具体步骤包括Al 根据实际输电线路参数建立仿真模型，间隔距离X进行故障仿真，得到初始的 故障距离-波速仿真曲线V(X)；A2:根据实测或系统已有的先前故障数据，得到部分点的实测样本，并将其与仿真 曲线的进行对比、拟合，得到修正系数f(x)；A3:利用修正系数对仿真曲线进行修正，获得修正后的故障距离-波速曲线
V' (X) = V (X)+f (X)。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，所述仿真曲线的修正系数 f(x)为f (χ) = ax+b其中，f(x)为修正系数，a和b为常数，χ为故障点距整流侧的距离。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，所述仿真曲线通过电磁暂 态仿真软件建立。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，利用波速V1和V2，再次计算 故障距离的公式为
r π v(0 Zv1-V1V2(K)^ =-
V1 +V2其中，χω为再次计算得到的故障点距整流侧的距离，V1表示行波传播到整流侧的 速度，V2表示行波传播到逆变侧的速度，1表示线路的总长度，、为行波到达线路的整流侧 的时间，t2为行波到达线路的逆变侧的时间。所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，所述最大迭代次数为30。
所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其中，所述误差值为300米。本发明的有益效果本发明通过建立利用宽频故障信息的波头与波速配合体系， 并基于这一体系对波速进行寻优，消除线路色散效应、衰减特性以及过渡电阻对测距结果 的影响。在基于当前直流工程行波测距装置的采样率水平，不改动现有测距装置硬件设施 的前提下，本发明可大大地提高直流线路行波故障测距精度。


图1是本发明提供的测距方法流程图；图2是本发明提供的测距方法的故障发生示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明进一步详细说明。为了使本发明提供的在宽频体系下基于波速寻优的直流行波故障测距方法能够 成功的实施，本本实施例首先提供一种宽频体系下波头检测与波速选取配合方法，旨在减 少乃至消除过渡电阻对测距结果的影响。因为初始故障行波为阶跃波，其包含了从零频到无穷频的所有分量。由于色散效 应的存在，不同频率分量在直流线路中有着不同的传播速度，经过一段时间的传输之后，各 频率分量之间相位关系将发生变化，造成波头形状的畸变，波头的前面部分只包含高频分 量，波头的尾部则同时含有高频和低频分量。因此，故障行波的传播速度是只由波头的最前 面部分决定的。实际中，录波装置的分辨率总是有限的，录波装置检测到的故障行波的传播 速度并不由实际故障行波的最前面部分决定，而是由其能够检测到的第一个数据点决定。 也就是说，录波装置检测到的故障行波并不以光速传播，而是以一个与装置分辨率密切相 关的速度向前传播，称这一速度为信号速度，也就是对于给定分辨率的录波装置，为其能够 检测到的故障行波的传播速度。基于上述分析，本发明实施例在进行故障测距时采用如下的波头检测与波速选取 配合方法确定初始波速对于给定分辨率的录波装置，选取与其相适应的信号速度作为故 障行波的传播速度，定义其检测到的第一个数据点为波头到达时刻以与信号速度相配合， 则可实现波头定义与波速定义的有机统一。在此配合体系下，波头的检测不受过渡电阻的 影响，同时，若录波装置最小分辨率满足要求(百伏级以上)，可以认为波速变化与过渡电 阻无关。因此，该波头与波速配合体系能有效减少乃至消除过渡电阻对测距结果的影响。当输电线路发生接地故障时，本发明提供的基于波速寻优的双端行波测距方法如 图1所示，包括以下步骤步骤SlOO 初始化测距装置，并进行录波，以录波装置的最小分辨率为阀值确定 初始波速，并通过小波变换分别确定故障行波到达线路的整流侧与逆变侧的时间。其中，、为到达线路的整流侧的时间，t2为到达线路的逆变侧的时间。具体参见 图2所示，其中的R侧表示整流侧(Rectifier) ；I侧表示逆变侧(Inverter)，1表示线路的 总长度。本发明所说的故障距离χ均指故障点距整流侧的距离，故障点距逆变侧的距离为 (1-x)。
步骤S200 根据确定的初始波速以及故障行波到整流侧与逆变侧的时间，通过测 距公式求取故障距离，记作X 。预先初始设定的初始波速为Vtl，所述测距公式为χ = [l+(trt2) · ν]/2，通过初始 波速求得的初始故障距离为Xftl) = [l+(trt2) ·ν。]/2。步骤S300 通过仿真得到故障距离-波速曲线，根据求得的故障距离对故障距 离-波速曲线进行插值，分别求取故障行波从故障点传播到线路的整流侧的波速V1和逆变 侧的波速V2。其中，V1表示传播到整流侧的速度，通过用初始故障距离x(°)对故障距离与波速的 关系曲线进行插值得到；ν2表示传播到逆变侧的速度，通过用1-χ 对故障距离与波速的关 系曲线进行插值得到。步骤S400 利用上一步求得的波速V1和ν2，再次计算故障距离，记作x(i)。本实施例根据波速随故障距离的变化特性，提供的再次计算故障距离为
权利要求
1.一种基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤SlOO 初始化测距装置，并进行录波，以录波装置的最小分辨率为阀值确定初始波速， 并通过小波变换分别确定故障行波到达线路的整流侧与逆变侧的时间；S200 根据确定的初始波速以及故障行波传到整流侧与逆变侧的时间，通过测距公式 求取故障距离，记作χω ；S300 通过仿真得到故障距离-波速曲线，根据求得的故障距离对故障距离-波速曲线 进行插值，分别求取故障行波从故障点传播到线路的整流侧的波速V1和逆变侧的波速V2 ；S400 利用上一步求得的波速V1和V2，再次计算故障距离，记作x(i)，其中，i = η+1, η 为自然数；S500 将第η次的测距结果与第η+1的测距结果进行比较，判断两者误差是否小于设定 值或超出最大迭代次数，若小于设定值或超出最大迭代次数则执行步骤S600 ；若大于设定 值，令i = i+Ι，并执行步骤S300 ；S600 结束计算，输出故障距离。
2.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，所述 录波装置确定初始波速的方法为根据录波装置的分辨率设定一个速度值作为故障行波的 初始波速，并令录波装置检测到的第一个数据点的时间为波头的到达时间。
3.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，所述 步骤S200中所述的测距公式为x(o) = [l+(tl-t2) ·ν0]/2其中，χ(°)均指初始确定的故障点距整流侧的距离，、为行波到达线路的整流侧的时 间，t2为行波到达线路的逆变侧的时间，1表示线路的总长度，V0表示初始波速。
4.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，在利 用故障距离对故障距离-波速曲线进行插值前，对所述故障距离-波速曲线进行的修正，其 具体步骤包括Al 根据实际输电线路参数建立仿真模型，间隔距离X进行故障仿真，得到初始的故障 距离-波速仿真曲线V(X)；A2 根据实测或系统已有的先前故障数据，得到部分点的实测样本，并将其与仿真曲线 的进行对比、拟合，得到修正系数f(x)；A3:利用修正系数对仿真曲线进行修正，获得修正后的故障距离-波速曲线ν' (x)= ν (χ) +f (χ)。
5.根据权利要求4所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，所述 仿真曲线的修正系数f(x)为f (x) = ax+b其中，f(x)为修正系数，a和b为常数，χ为故障点距整流侧的距离。
6.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，所述 仿真曲线通过电磁暂态仿真软件建立。
7.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，利用 波速V1和v2，再次计算故障距离的公式为
8.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，所述 最大迭代次数为30。
9.根据权利要求1所述的基于波速寻优的直流行波故障测距方法，其特征在于，所述 误差值为300米。
全文摘要
本发明公开了一种基于波速寻优的直流行波故障测距方法，包括首先根据确定的初始波速以及故障行波传到整流侧与逆变侧的时间，通过测距公式求取故障距离，记作x(0)；然后根据求得的故障距离对故障距离-波速曲线进行插值，分别求取故障行波从故障点传播到线路的整流侧的波速v1和逆变侧的波速v2；利用求得的波速v1和v2，再次计算故障距离，记作x(i)；将第n次的测距结果与第n+1的测距结果进行比较，判断两者误差是否小于设定值或超出最大迭代次数，若小于设定值或超出最大迭代次数则输出故障距离；若大于设定值，则用x(i)再次进行插值，进行循环计算到故障距离。采用本发明可不改动现有测距装置硬件设施的前提下，本发明可大大地提高直流线路行波故障测距精度。
文档编号G01R31/08GK102087332SQ201010596998
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者张怿宁, 张楠, 蔡泽祥, 郭波 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心