一种输电线路行波波速自学习方法及行波测距装置

技术领域

本发明涉及一种输电线路行波波速自学习方法及行波测距装置。

背景技术

输电线路行波测距方法在电力系统中广泛应用，其故障测距精度整体上优于阻抗法测距，但也存在线路长度参数误差、行波波速不准确引起的测距误差问题：首先，对于不同电压等级的线路、不同的线型线径，行波的传输速度是存在差异的，采用固定的经验波速值必然会引入测距误差。另外，输电线路长度通常按线路杆塔水平距离之和的方式给出，而忽略了杆塔的高程差、导线的弧垂、以及弧垂随季节变化的影响因素，给出的输电线路长度与导线的实际长度之间存在着未知的偏差。

因此，对于给定的输电线路长度，行波的等效波速必然小于行波沿导线传输的实际波速，但其精确的等效波速值难以获得。此外，基于少数几次的输电线路故障数据进行人工分析行波波速，不仅过程繁琐，而且受样本数据少、随机的时间同步误差和测量误差的影响，人工得到的行波波速值也难以达到较高的精度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种输电线路行波波速自学习方法及行波测距装置，可以自动实现行波波速的测量和行波波速的学习，达到逐步逼近最优等效行波波速的目的。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种输电线路行波波速自学习方法，包括如下步骤：

步骤1、令j＝0并初始化行波波速v₀；

步骤2、当输电线路发生扰动事件时，令j的值加1，根据线路两侧行波信息的不同组合分别计算行波波速v_j,1、v_j,2、v_j,3，记线路两侧分别为M侧和N侧，则：

(1)对于区外操作或故障扰动事件，行波波速v_j,1由两侧行波信息计算得到，行波波速v_j,2由M侧行波信息计算得到，行波波速v_j,3由N侧行波信息计算得到；

(2)对于区内故障扰动事件，行波波速v_j,1由两侧行波信息和两侧反射行波信息计算得到，行波波速v_j,2由两侧行波信息和M测反射行波信息计算得到，行波波速v_j,3由两侧行波信息和N测反射行波信息计算得到；

(3)对于瞬时故障跳闸后重合扰动事件，v_j,1由两侧行波信息计算得到，v_j,2

由M侧行波信息计算得到，v_j,3由N侧行波信息计算得到；

步骤3、判断上述各行波波速计算值的合理性，并将合理的行波波速计算值与行波波速v_j-1进行加权平均，得到新的自学习行波波速v_j。

优选，对于110kV及以上电压等级架空输电线路，v₀取值范围为290～300m/μs。

优选，行波波速计算值的合理性判据为：

|v_j,x-v₀|<Δv,其中，x＝1,2,3，Δv为行波波速偏差门槛。

优选，用于行波波速自学习的行波波速加权平均算法为：

v_j＝k·v_h+(1-k)v_j-1

其中，权重因子k∈(0,1)，当合理的行波波速计算值只有一个时，v_h为该合理的行波波速计算值；当合理的行波波速计算值大于等于两个时，v_h为所有合理的行波波速计算值的加权平均值，加权平均算法为：

v_h＝h₁v_j,1+h₂v_j,2+h₃v_j,3

其中，h₁、h₂、h₃为加权权重，对于无效的波速测量值v_j,x，对应的权重为零。

优选，权重因子k取固定的值，或权重因子k根据本次计算行波波速的不同情况赋予不同的权重。

优选，当权重因子k根据本次计算行波波速的不同情况赋予不同的权重时，具体为：

(1)若本次只得到1个合理的基于双端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₁；

(2)若本次只得到1个合理的基于单端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₂；

(3)若本次只得到2个合理的基于单端行波或双端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₃；

(4)若本次只得到3个合理的基于单端或双端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₄；

其中，权重系数关系为：0＜k₁＜k₂＜k₃＜k₄＜1。

优选，设线路长度为L，该扰动事件产生的行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经M、N侧母线反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，则：

(1)对于区外操作或故障扰动事件，则3个计算行波波速的公式分别为：

(2)对于区内故障扰动事件，则3个计算行波波速的公式分别为：

(3)对于瞬时故障跳闸后重合扰动事件，则3个计算行波波速的公式分别为：

优选，行波波速偏差门槛Δv＝p·v₀，p取值范围为1％～2％。

一种输电线路行波测距装置，包括数据处理单元，还包括行波波速自学习单元，所述行波波速自学习单元采用上述任意一项所述的自学习方法获得行波波速v_j，所述数据处理单元根据行波波速自学习单元计算的行波波速v_j进行单端或双端行波故障测距，公式如下：

x₁＝0.5(tm2-tm1)v_j

x₂＝L-0.5(tn2-tn1)v_j

x₃＝0.5L+0.5(tm1-tn1)v_j

其中，故障点行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经故障点反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，x₁为M侧的单端行波测距结果，x₂为N侧的单端行波测距结果，x₃为双端行波测距结果；则最终的故障距离γ为：

γ＝q₁x₁+q₂x₂+q₃x₃

其中，q₁、q₂、q₃为加权权重，对于无效的行波测距结果，其对应的权重为零。

本发明的有益效果是：

采用本发明输电线路行波波速自学习方法，可以基于初始行波波速参数逐步自学习得到更为精确的行波波速，从而可以适应不同电压等级、不同的线型线径的输电线路，避免固定经验波速方式引起的行波测距误差。采用本发明，还可以用实测的等效行波波速消除输电线路长度参数误差引起的测距误差，从而提高测距精度。测距装置采用自动学习波速的方式，不仅可以避免人工计算行波波速和下发行波波速定值的繁杂过程，而且可以通过自动逐步积累行波波速样本，达到逐步逼近最优等效行波波速的目的。

附图说明

图1为区外扰动或故障时的行波传输示意图；

图2为区内故障时的行波传输示意图；

图3为瞬时故障重合闸行波传输示意图(对端闭合)；

图4为瞬时故障重合闸行波传输示意图(对端断开)。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种输电线路行波波速自学习方法，包括如下步骤：

步骤1、令j＝0并初始化行波波速v₀；

步骤2、当输电线路发生扰动事件时，比如，区外操作或故障扰动事件、区

内故障扰动事件和瞬时故障跳闸后重合扰动事件等，令j的值加1，并根据线路两侧行波信息的不同组合分别采用公式计算行波波速v_j,1、v_j,2、v_j,3，记线路两侧分别为M侧和N侧，则：

(1)对于区外操作或故障扰动事件，行波波速v_j,1由两侧行波信息计算得到，行波波速v_j,2由M侧行波信息计算得到，行波波速v_j,3由N侧行波信息计算得到；

(2)对于区内故障扰动事件，计算波速v_j,1、v_j,2、v_j,3均用到了两侧初始行波信息，除此之外，v_j,1还用到了两侧的反射行波信息，v_j,2用到了M测反射行波信息，v_j,3用到了N侧反射行波信息，也即：行波波速v_j,1由两侧行波信息和两侧反射行波信息计算得到，行波波速v_j,2由两侧行波信息和M测反射行波信息计算得到，行波波速v_j,3由两侧行波信息和N测反射行波信息计算得到；

(3)对于瞬时故障跳闸后重合扰动事件，v_j,1由两侧行波信息计算得到，v_j,2由M侧行波信息计算得到，v_j,3由N侧行波信息计算得到；

步骤3、判断上述各行波波速计算值的合理性，并将合理的行波波速计算值与行波波速v_j-1进行加权平均，得到新的自学习行波波速v_j，将新的自学习波速用于以后的行波故障测距。

优选，对于110kV及以上电压等级架空输电线路，v₀取值范围为290～300m/μs，对应的，行波波速计算值的合理性判据为：

|v_j,x-v₀|<Δv,其中，x＝1、2、3，Δv为行波波速偏差门槛，行波波速偏差门槛Δv＝p·v₀，p取值范围为1％～2％。当v₀取为295m/μs时,Δv取值范围为2.95～5.90m/μs，若本次计算的波速值满足该判据，则将该波速用于后续的波速加权平均计算，否则，丢弃本次计算的波速值或置为无效。

用于行波波速自学习的行波波速加权平均算法为：

v_j＝k·v_h+(1-k)v_j-1

其中，权重因子k∈(0,1)，当合理的行波波速计算值只有一个时，v_h为该合理的行波波速计算值；当合理的行波波速计算值大于等于两个时，v_h为所有合理的行波波速计算值的加权平均值，加权平均算法为：

v_h＝h₁v_j,1+h₂v_j,2+h₃v_j,3

其中，h₁、h₂、h₃为加权权重，对于无效的波速测量值v_j,x，对应的权重为零。

优选，单端行波信息得到的行波波速结果取较大的权重，这是因为单端行波信息时不受线路两侧时钟同步偏差的影响。

权重因子k可以取固定的值，例如，取k＝0.5可实现本次与前次等权重平均。权重因子k也可以根据本次计算行波波速的不同情况赋予不同的权重，例如：

当权重因子k根据本次计算行波波速的不同情况赋予不同的权重时，具体为：

(1)若本次只得到1个合理的基于双端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₁；

(2)若本次只得到1个合理的基于单端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₂；

(3)若本次只得到2个合理的基于单端行波或双端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₃；

(4)若本次只得到3个合理的基于单端或双端行波信息的行波波速计算结果，则赋予权重k₄；

其中，权重系数关系为：0＜k₁＜k₂＜k₃＜k₄＜1。

当合理的行波波速计算值只有一个时，v_h为该合理的行波波速计算值；当合理的行波波速计算值大于等于两个时，v_h为所有合理的行波波速计算值的加权平均值。其中，对于有多个满足合理波速判据的行波波速计算结果的情况，可以采用加权平均的方式得到v_h，权重可平均分配，也可加大基于单端行波信息得到的行波波速结果的权重，这是因为仅适用单端行波信息时不受线路两侧时钟同步偏差的影响。

设线路长度为L，该扰动事件产生的行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经M、N侧母线反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，则：

(1)对于区外操作或故障扰动事件，如附图1所示，设区外扰动点或故障点靠近M侧，该扰动或故障产生的行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经M、N侧母线反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，则可有3个计算波速的公式：

其中，第一个方程基于双端行波信息，第二个和第三个方程基于单端行波信息。在故障行波幅度较小、母线反射较弱或线路情况较复杂的情况下，反射波头可能难以识别，第二个和第三个方程可能单个或均失效。

(2)对于区内故障扰动事件，如附图2所示，设故障行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经母线和故障点反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，则可有3个计算波速的公式：

其中，第一个方程基于单端行波信息，理论上不受线路两侧时间同步偏差的影响，第二个和第三个方程是单端、双端行波信息结合的方法，计算精度与线路两侧时间同步偏差有关。

(3)对于瞬时故障跳闸后重合扰动事件，如附图3和附图4所示，设合闸点靠近M侧，该扰动或故障产生的行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经M、N侧母线反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，则可有3个计算波速的公式：

如附图3所示，当M侧保护装置先合闸，则N侧线路断路器处于断开状态时，N侧装置检测不到行波，此时仅第二个方程有效；如附图4所示，当M侧保护装置后合闸，此时N侧线路断路器处于闭合状态时，第一、二和三方程均理论上有效；但当合闸行波幅度较小、母线反射较弱或线路情况较复杂的情况下，反射波头可能难以识别，第二个和第三个方程可能单个或均失效。以上所有用到的线路对端行波到达时刻都可以由装置通过通信通道自动交换数据得到。

相应的，一种输电线路行波测距装置，包括数据处理单元，还包括行波波速自学习单元，所述行波波速自学习单元采用上述任意一项所述的自学习方法获得行波波速v_j，所述数据处理单元根据行波波速自学习单元计算的行波波速v_j进行单端或双端行波故障测距，如附图2所示，计算公式如下：

x₁＝0.5(tm2-tm1)v_j

x₂＝L-0.5(tn2-tn1)v_j

x₃＝0.5L+0.5(tm1-tn1)v_j

其中，故障点行波初次到达线路M、N侧的时刻分别为tm1、tn1，初始行波经故障点反射再次到达线路M、N侧的时刻分别为tm2、tn2，x₁为M侧的单端行波测距结果，x₂为N侧的单端行波测距结果，x₃为双端行波测距结果，对于多个行波测距结果，可采用加权平均的方法计算最终故障测距结果γ，公式如下：

γ＝q₁x₁+q₂x₂+q₃x₃

其中，q₁、q₂、q₃为加权权重，对于无效的行波测距结果，其对应的权重为零。

本发明由行波测距装置自动实现，可以通过提高行波波速精度达到提高行波测距精度的目的。该方法基于装置中预设的初始行波波速，当输电线路发生区外操作或故障、区内故障、瞬时故障跳闸后重合等扰动事件时，行波测距装置综合采用单端、双端行波信息进行行波波速计算，判断行波波速计算值的合理性，并将合理的行波波速计算值与之前学习到的行波波速进行加权平均，得到新的自学习波速，将新的自学习波速用于以后的行波故障测距。从而可以适应不同电压等级、不同的线型线径的输电线路，避免固定经验波速方式引起的行波测距误差。采用本发明，还可以用实测的等效行波波速消除输电线路长度参数误差引起的测距误差，从而提高测距精度。测距装置采用自动学习波速的方式，不仅可以避免人工计算行波波速和下发行波波速定值的繁杂过程，而且可以通过自动逐步积累行波波速样本，达到逐步逼近最优等效行波波速的目的。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。