1.本发明涉及一种输电线路故障测距方法及系统、输电线路保护方法及系统，属于继电保护中输电线路保护领域。
背景技术：2.随着输电线路容量与电压等级的逐渐提高，现代电力系统日益复杂，输电线路的精确故障测距对提高系统稳定性、保障电力系统安全运行有着重要意义。高压输电线路远距离故障时电容电流作用明显，现有的故障测距方法难以消除电容电流影响带来的误差。
技术实现要素：3.本发明提供了一种输电线路故障测距方法及系统、输电线路保护方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.输电线路故障测距方法，包括：
6.采集金属性接地故障后输电线路保护安装处的多个不同时刻的电压和电流；其中，输电线路为单端量保护的输电线路；
7.根据预先构建的测距模型、多个不同时刻的电压和电流，计算故障位置；其中，故障位置为金属性接地故障点到保护安装处的距离，测距模型为计及电容电流的线性方程，故障位置为线性方程中的待求参数。
8.预先构建测距模型包括：
9.将金属性接地故障后输电线路等效为π型线路，构建关于故障位置、保护安装处电压以及保护安装处电流的输电线路时域微分方程；其中，保护安装处电流为流经输电线路电感的电流和输电线路电容的电流之和；
10.消去输电线路时域微分方程中的电感电流和电容电流，并将输电线路时域微分方程转换为差分方程；
11.采用不同的独立变量替换差分方程中故障位置的一次项和二次项，获得测距模型。
12.输电线路时域微分方程为：
[0013][0014]
其中，u为保护安装处电压，i为保护安装处电流，p为故障位置，r为输电线路单位长度的电阻，l为输电线路单位长度的电感值，c为输电线路单位长度的电容值。
[0015]
差分方程为：
[0016][0017]
其中，u
k+1
为第k+1个采样时刻的保护安装处电压，u
k+3
为第k+3个采样时刻的保护安装处电压，u
k-1
为第k-1个采样时刻的保护安装处电压，u
k+2
为第k+2个采样时刻的保护安装处电压，uk为第k个采样时刻的保护安装处电压，ik为第k个采样时刻的保护安装处电流，i
k+2
为第k+2个采样时刻的保护安装处电流，ω为交流电压电流信号的角频率，ts为采样间隔。
[0018]
测距模型为：
[0019][0020]
其中，x1、x2均为独立变量，x1＝p，x2＝p2。
[0021]
输电线路故障测距系统，包括：
[0022]
采样模块，采集金属性接地故障后输电线路保护安装处的多个不同时刻的电压和电流；其中，输电线路为单端量保护的输电线路；
[0023]
计算模块，根据预先构建的测距模型、多个不同时刻的电压和电流，计算故障位置；其中，故障位置为金属性接地故障点到保护安装处的距离，测距模型为计及电容电流的线性方程，故障位置为线性方程中的待求参数。
[0024]
还包括预先构建模块，用以预先构建的测距模型；
[0025]
预先构建模块包括：
[0026]
微分方程模块，将金属性接地故障后输电线路等效为π型线路，构建关于故障位置、保护安装处电压以及保护安装处电流的输电线路时域微分方程；其中，保护安装处电流为流经输电线路电感的电流和输电线路电容的电流之和；
[0027]
差分方程模块，消去输电线路时域微分方程中的电感电流和电容电流，并将输电线路时域微分方程转换为差分方程；
[0028]
线性方程模块，采用不同的独立变量替换差分方程中故障位置的一次项和二次项，获得测距模型。
[0029]
输电线路保护方法，包括：
[0030]
采用输电线路故障测距方法，计算故障位置；
[0031]
若故障位于保护范围内，进行故障保护动作。
[0032]
输电线路保护系统，包括：
[0033]
位置计算模块，采用输电线路故障测距方法，计算故障位置；
[0034]
判断模块，若故障位于保护范围内，进行故障保护动作。
[0035]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行输电线路故障测距方法或输电线路保护方法。
[0036]
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行输电线路故障测距方法或输电线路保护方法的指令。
[0037]
本发明所达到的有益效果：1、本发明通过计及电容电流的线性方程计算故障位置，在故障测距中考虑了电容电流的影响，极大提升了测距精度,减少了因电容电流带来的误差；2、本发明通过计及电容电流的线性方程计算故障位置，仅需采集少量的电压和电流，可在低采样率下实现金属性短路故障定位。
附图说明
[0038]
图1为输电线路故障测距方法的流程图；
[0039]
图2为单相金属性接地故障等效网络图；
[0040]
图3为相间金属性故障等效网络图；
[0041]
图4为输电线路保护方法的流程图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0043]
如图1所示，输电线路故障测距方法，包括以下步骤：
[0044]
步骤1，采集金属性接地故障后输电线路保护安装处的多个不同时刻的电压和电流；其中，输电线路为单端量保护的输电线路；
[0045]
步骤2，根据预先构建的测距模型、多个不同时刻的电压和电流，计算故障位置；其中，故障位置为金属性接地故障点到保护安装处的距离，测距模型为计及电容电流的线性方程，故障位置为线性方程中的待求参数。
[0046]
上述测距方法通过计及电容电流的线性方程计算故障位置，在故障测距中考虑了电容电流的影响，极大提升了测距精度,减少了因电容电流带来的误差。
[0047]
上述方法中，在测距之前需要先对输电线路的测距模型，构建过程可以如下：
[0048]
1)获取输电线路单位长度的电阻、电感、电容等参数，以故障位置作为未知变量，将金属性接地故障后输电线路等效为π型线路，构建关于故障位置、保护安装处电压以及保护安装处电流的输电线路时域微分方程。
[0049]
输电线路时域微分方程的公式为：
[0050][0051]
其中，u为保护安装处电压，i为保护安装处电流，p为故障位置，r为输电线路单位长度的电阻，l为输电线路单位长度的电感值，c为输电线路单位长度的电容值；保护安装处
电流为流经输电线路电感的电流和输电线路电容的电流之和，因此该方程计及了电容电流。
[0052]
2)消去输电线路时域微分方程中的电感电流和电容电流，并将输电线路时域微分方程转换为差分方程，并对差分误差进行修正。
[0053]
转换后的差分方程公式为：
[0054][0055]
其中，u
k+1
为第k+1个采样时刻的保护安装处电压，u
k+3
为第k+3个采样时刻的保护安装处电压，u
k-1
为第k-1个采样时刻的保护安装处电压，u
k+2
为第k+2个采样时刻的保护安装处电压，uk为第k个采样时刻的保护安装处电压，ik为第k个采样时刻的保护安装处电流，i
k+2
为第k+2个采样时刻的保护安装处电流，ω为交流电压电流信号的角频率，ts为采样间隔。
[0056]
3)采用不同的独立变量x1、x2替换差分方程中故障位置的一次项和二次项，将差分方程转换为线性方程，即获得测距模型。
[0057]
转换后的线性方程公式为：：
[0058][0059]
其中，x1、x2均为独立变量，x1＝p，x2＝p2。
[0060]
测距模型中的待求参数为x1、x2，实际上为p，仅需对不同时刻的电流和电压进行采样，可列出不同时刻的方程，并联立方程组，求解得到x1、x2，即得到p。
[0061]
从测距模型中可以看出，仅需采集少量的电压和电流，即可进行测距，可在低采样率下实现金属性短路故障定位。
[0062]
以图2中的单相金属性接地故障为例，三相输电系统单相接地短路时根据π型等效电路，可算出各相电容电流如下所示：
[0063][0064]
其中，i
ac
、i
bc
、i
cc
分别为a、b、c相电容电流，c
pg
为输电线路对地电容，c
pp
为相间电
容，ua、ub、uc分别为a、b、c相电压，u
ab
是a、b相间电压，u
bc
是b、c相间电压，u
ca
是c、a相间电压，u
ba
是b、a相间电压，u
cb
是c、a相间电压。
[0065]
对于三相对称线路，它们和线路正序零序电容有如下关系：
[0066]cpg
＝c0[0067][0068]
其中，c0、c1分别为正序电容和零序电容，将该公式带入相电容电流公式，可得：
[0069][0070]
对任意时刻，保护安装处的测得的电流为流经电感的电流和电容的电流之和，即：
[0071][0072]
其中，i
al
、i
bl
、i
cl
分别为a、b、c相电感电流，ia、ib、ib分别为保护安装处a、b、c相电流。
[0073]
对于a相金属性接地故障，可列出以下方程：
[0074][0075]
其中，参数kr＝(r
0-r1)/3r，参数k
l
＝(l
0-l1)/3l1，r0为线路零序电阻，l0为线路零序电感，r1为线路正序电阻，l1为线路正序电感。
[0076]
i0为流经电感的零序电流，用公式可以表示为：
[0077][0078]
将微分计算转换为差分计算，消去电感电流、电容电流，可得如下所示测距公式：
[0079]
[0080]
其中，参数k
c1
＝c1/2、k
c2
＝c0/2、k
c3
＝(c
0-c1)/2，i
ak+1
是k+1时刻a相电流，i
0k+1
得k+1时刻零序电流，i
ak+2
是k+2时刻a相电流，i
ak
是k时刻a相电流，i
0k+2
是k+2时刻零序电流，i
0k
是k时刻零序电流，u
ak+2
是k+2时刻a相电压，u
ak
是k时刻k相电压，u
0k+2
是k+2时刻零序电压，u
0k
是k时刻零序电压，u
0k+2
是k+2时刻零序电压，u
ak+1
是k+1时刻a相电压，u
ak-1
是k-1时刻a相电压，u
ak+3
是k+3时刻a相电压，u
0k+1
是k+1时刻零序电压，u
0k-1
是k-1时刻零序电压，u
0k+3
是k+3时刻零序电压。
[0081]
根据上述方程、少量不同时刻的电压和电流，即可计算a相金属性接地故障位置。
[0082]
同理图3中的相间金属性故障，可以以推导出两相相间短路时测距公式：
[0083][0084]
其中，u
bck+1
是k+1时刻的bc相间电压，i
bck+1
是k+1时刻bc相间电流，i
bck+2
是k+2时刻bc相间电流，i
bck
是k时刻bc相间电流，u
bck+2
是k+2时刻bc相间电压，u
bck
是k时刻bc相间电压，u
bck-1
是k-1时刻bc相间电压，u
bck+3
是k+3时刻bc相间电压。
[0085]
基于该方程，也可计算出bc相间金属性故障位置。
[0086]
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述测距方法的软件系统，输电线路故障测距系统，包括：
[0087]
预先构建模块，用以预先构建的测距模型；
[0088]
预先构建模块包括：
[0089]
微分方程模块，将金属性接地故障后输电线路等效为π型线路，构建关于故障位置、保护安装处电压以及保护安装处电流的输电线路时域微分方程；其中，保护安装处电流为流经输电线路电感的电流和输电线路电容的电流之和；
[0090]
差分方程模块，消去输电线路时域微分方程中的电感电流和电容电流，并将输电线路时域微分方程转换为差分方程；
[0091]
线性方程模块，采用不同的独立变量替换差分方程中故障位置的一次项和二次项，获得测距模型。
[0092]
采样模块，采集金属性接地故障后输电线路保护安装处的多个不同时刻的电压和电流；其中，输电线路为单端量保护的输电线路。
[0093]
计算模块，根据预先构建的测距模型、多个不同时刻的电压和电流，计算故障位置；其中，故障位置为金属性接地故障点到保护安装处的距离，测距模型为计及电容电流的线性方程，故障位置为线性方程中的待求参数。
[0094]
基于上述测距方法的基础上，可进一步获得图4的输电线路保护方法，包括：
[0095]
s1)采用上述输电线路故障测距方法，计算故障位置；
[0096]
s2)若故障位于保护范围内，进行故障保护动作，如故障告警或隔离操作。
[0097]
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述保护方法的软件系统，输电线路保护系统，包括：
[0098]
位置计算模块，采用上述输电线路故障测距方法，计算故障位置；
[0099]
判断模块，若故障位于保护范围内，进行故障保护动作。
[0100]
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行输电线路故障测距方法或输电线路保护方法。
[0101]
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行输电线路故障测距方法或输电线路保护方法的指令。
[0102]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0103]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0104]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0105]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0106]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
技术特征：1.输电线路故障测距方法，其特征在于，包括：采集金属性接地故障后输电线路保护安装处的多个不同时刻的电压和电流；其中，输电线路为单端量保护的输电线路；根据预先构建的测距模型、多个不同时刻的电压和电流，计算故障位置；其中，故障位置为金属性接地故障点到保护安装处的距离，测距模型为计及电容电流的线性方程，故障位置为线性方程中的待求参数。2.根据权利要求1所述的输电线路故障测距方法，其特征在于，预先构建测距模型包括：将金属性接地故障后输电线路等效为π型线路，构建关于故障位置、保护安装处电压以及保护安装处电流的输电线路时域微分方程；其中，保护安装处电流为流经输电线路电感的电流和输电线路电容的电流之和；消去输电线路时域微分方程中的电感电流和电容电流，并将输电线路时域微分方程转换为差分方程；采用不同的独立变量替换差分方程中故障位置的一次项和二次项，获得测距模型。3.根据权利要求2所述的输电线路故障测距方法，其特征在于，输电线路时域微分方程为：其中，u为保护安装处电压，i为保护安装处电流，p为故障位置，r为输电线路单位长度的电阻，l为输电线路单位长度的电感值，c为输电线路单位长度的电容值。4.根据权利要求3所述的输电线路故障测距方法，其特征在于，差分方程为：其中，u
k+1
为第k+1个采样时刻的保护安装处电压，u
k+3
为第k+3个采样时刻的保护安装处电压，u
k-1
为第k-1个采样时刻的保护安装处电压，u
k+2
为第k+2个采样时刻的保护安装处电压，u
k
为第k个采样时刻的保护安装处电压，i
k
为第k个采样时刻的保护安装处电流，i
k+2
为第k+2个采样时刻的保护安装处电流，ω为交流电压电流信号的角频率，t
s
为采样间隔。5.根据权利要求4所述的输电线路故障测距方法，其特征在于，测距模型为：其中，x1、x2均为独立变量，x1＝p，x2＝p2。
6.输电线路故障测距系统，其特征在于，包括：采样模块，采集金属性接地故障后输电线路保护安装处的多个不同时刻的电压和电流；其中，输电线路为单端量保护的输电线路；计算模块，根据预先构建的测距模型、多个不同时刻的电压和电流，计算故障位置；其中，故障位置为金属性接地故障点到保护安装处的距离，测距模型为计及电容电流的线性方程，故障位置为线性方程中的待求参数。7.根据权利要求6所述的输电线路故障测距系统，其特征在于，还包括预先构建模块，用以预先构建的测距模型；预先构建模块包括：微分方程模块，将金属性接地故障后输电线路等效为π型线路，构建关于故障位置、保护安装处电压以及保护安装处电流的输电线路时域微分方程；其中，保护安装处电流为流经输电线路电感的电流和输电线路电容的电流之和；差分方程模块，消去输电线路时域微分方程中的电感电流和电容电流，并将输电线路时域微分方程转换为差分方程；线性方程模块，采用不同的独立变量替换差分方程中故障位置的一次项和二次项，获得测距模型。8.输电线路保护方法，其特征在于，包括：采用权利要求1～5任意一项所述的方法，计算故障位置；若故障位于保护范围内，进行故障保护动作。9.输电线路保护系统，其特征在于，包括：位置计算模块，采用权利要求1～5任意一项所述的方法，计算故障位置；判断模块，若故障位于保护范围内，进行故障保护动作。10.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1～7、8所述的方法中的任一方法。11.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1～7、8所述的方法中的任一方法的指令。
技术总结本发明公开了一种输电线路故障测距方法及系统、输电线路保护方法及系统，本发明通过计及电容电流的线性方程计算故障位置，在故障测距中考虑了电容电流的影响，极大提升了测距精度,减少了因电容电流带来的误差；并且本发明仅需采集少量的电压和电流，可在低采样率下实现金属性短路故障定位。实现金属性短路故障定位。实现金属性短路故障定位。
技术研发人员：郑玉平 吴通华 刘会荣 龚心怡 侯小凡 戴魏 洪丰 李新东 吴丹 刘建 陈舒 齐贝贝
受保护的技术使用者：南瑞集团有限公司 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2022.06.02
技术公布日：2022/11/1
