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5-5基于PMU的故障测距新算法研究
基于PMU的故障测距新算法研究
蔡田田 周 敏
(广东省电力设计研究院,广州市东风东路846号,510600)
摘 要 传统的故障测距技术采用的是理想化的线路参数,由于运行环境的影响导致测距精度难以进一步提高。PMU的出现,能精确测量线路的电压电流同步相量,并在线计算出线路参数,避免了由参数的不准确造成的测距误差。本文提出将PMU应用于输电线路的在线参数计算,并提出一种新的精确线路模型,使基于该模型的算法不受运行方式、运行环境、分布电容、故障电阻以及故障地点的影响,并且能使故障测距达到99.95%的精度。EMTP的仿真算例证明了该测距方法的正确性及精确性。
关键词 故障测距 广域测量系统(WAMS) 相量测量单元(PMU) 参数在线计算
0 引言
保证电力系统安全、稳定、可靠地运行是电力工作人员共同努力的方向。但在实际的电力系统中,故障是不可避免的,而一旦发生了故障,就可能造成大面积长时间的停电。[1-2]。
国内外对故障测距的研究已经进行了几十年。PMU的出现,为故障测距进一步提高精度提供了一个良好的契机,目前很多学者在此基础上提出了不同的算法,都取得了一定的效果。文献[3-4]系统介绍了一种基于PMU的故障检测与定位技术,提出一种基于新的离散傅立叶变换算法,可达到99%的测距精度。文献[5]提出一种基于PMU的输电线路故障测距算法,利用PMU的数据在线计算线路参数,使算法具有很强的适应性,但是没有考虑到分布电容的影响,导致精度难以进一步提高。
本文在此基础上提出了一种基于精确线路模型的测距算法,具有更强的适应性,不受故障类型、故障电阻以及分布电容的影响。并将PMU的测量数据用于线路参数在线计算,可大大提高测距精度。EMTP的仿真结果证明,该算法具有高达99.95%的精度,满足电力系统实际的精度要求。
1 WAMS系统及相量测量单元PMU
广域测量(Wide-Area Measurement System,WAMS)是近年发展的一项新技术被称为电力系统三项前沿课题之一。WAMS /动态信息,这些信息在电力系统稳态及动态分析与控制的许多领域(如潮流计算、状态估计、暂态稳定分析、电压稳定分析、频率稳定分析、低频振荡分析、全局反馈控制等)都可能有用,给大规模互联电力系统的运行和控制提供了新的视角。
WAMS系统的外部基本单元,基于全球定位系统(Global Positioning Systems,GPSPhasor Measurement Unit, PMU)作为一种实时测量模块,能够高精度测量母线电压相量[],使得直接监系统相量成为可能的精度,因此在相角测量中能精确到0.018°,这使得电力系统线路故障测距精度进一步提高成为可能。
2 基于PMU的故障测距技术
2.1 线路参数在线计算的原理
的单相均匀输电线路,电压电流参考方向如图所示:
图1 单根均匀传输线
根据均匀传输线的长线方程,有下列式子成立[5]:
(1)
式中,ZC、γ分别为线路的特性阻抗和传播常数。根据系统可观测性原则配置的PMU[9],可以实时测量M、N两端的电压电流向量UM 、UN 、IM 、IN,这样由方程(1)就可解出ZC、γ,并且根据:
(2)
可进一步在线计算线路单位长度阻抗Z和导纳Y。以上公式中各电压电流可采用序分量或模分量,求出的线路参数为相应的序分量或模分量参数。
2.2 测距算法
UM 、IM表示:
(3)
也可以由N端的电压电流向量UN 、IN表示:
(4)
图2 双侧电源系统故障线路
由(3)、(4)式消去,并解出得:
(5)
上式中,
以上结果表明,只要在系统中配置了PMU装置,就可以得到故障前线路两端的电压电流相量,在线计算出线路参数;并根据故障后线路两端的工频电压和电流,利用(5)式精确求出故障距离。
必须注意的是,以上公式推导是基于单相输电线路的。但是实际的高压架空输电线绝大部分采用的是三相交流输电模式,而对于三相输电线而言,由于相间存在着互感耦合,因此在故障计算时需先进行解耦,将三相耦合方程分解为多个独立方程来求解。可以采用Clark变换[5]将其解耦为三个独立的模分量系统。
(6)
其中:
对于任一个模分量系统均可直接套用公式(6)得到故障距离。
(7)
其中i=1、2、3,分别代表序分量。
3 仿真算例
3.1 EMTP仿真
,,
输电线路单位零序参数:
,,
误差的定义公式如下:
仿真运行实现后,进行算法验算,具体步骤如下:
EMTP仿真所得的电压电流波形直接作为同步采样值进行计算;
用相量计算算法进行电压电流相量计算;
然后通过相模变化得到模域的
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