1、    帶串聯電容補償裝置的高壓輸電線路雙端故障測距新算法    帶串聯電容補償裝置的高壓輸電線路雙端故障測距新算法    類別：消費電子      摘要：快速準確地得到輸電線路故障距離對電力系統運行有著重要的意義。對于帶串聯電容補償裝置的輸電線路（串補線路），由于串聯電容的存在以及串聯電容并聯保護元件movs的非線性，現有的故障測距算法并不能直接應用到串補線路的故障測距中。因此，提出了一種采用雙端電氣量的串補線路故

2、障測距新算法，該算法對movs采用指數模型模擬，movs上的電壓降通過擬牛頓法求解，線路采用分布參數模型。 emtp仿真結果表明該算法具有很好的準確性和魯棒性，且不受過渡電阻、故障類型、故障位置、故障發生角等的影響，其算例的測距精度均在0.5%以內。 關鍵詞：輸電線路 故障測距 串補線路 雙端電氣量 1 引言 在輸電線路中加入串聯電容補償裝置，不但能提高線路輸送能力，改善系統的穩定性，而且還能改善電壓質量、無功功率平衡及確定多回輸電線路間負荷的最佳分配功能1,2,711。 但因串補線路輸電距離長，路經的地形環境復雜，發生故障是不可避免的。由于串聯電容的存在，再加上串聯電容并聯保護元件movs本

3、身具有的高度非線性特性，使得現有各種故障測距算法12對串補線路不再有效，因此有必要研究串補線路的故障測距問題。國外學者在近年也開始關注串補線路的故障測距問題，并提出了一些串補線路的故障測距算法，但其只是基于單端電氣量的算法2。受過渡電阻，系統阻抗以及系統運行方式的影響很大，離實用化尚有距離。本文提出了一種使用雙端電氣量的串補線路故障測距新算法。該算法對movs模型采用了指數模型模擬，而movs上的電壓降通過牛頓法迭代求解，而線路模型采用了分布參數模型。 2 基本原理 2.1 串聯電容補償裝置端電壓和端電流的計算 串聯電容補償裝置的安裝位置如圖1所示 78, 對于圖1(a)和圖1(c)所示的情況

4、，因串聯電容補償裝置在變電站內，其端電壓，端電流可以直接從pt和ct獲得，所以本文只考慮圖1(b)所示的串補線路故障測距問題。 圖2為串補線路單相故障示意圖，線路兩端母線標記為s和r，串聯電容補償裝置離s端距離為kd，pu，補償度為kc，線路全長為l，輸電線路單位長度電感、電容、導線電阻及導線對地泄漏電導分別為l,c,r,g。 如故障發生在串聯電容補償裝置左側f1處，把串聯補償電容和并聯的movs看成一個非線性支路，則圖2可以簡化成圖3。 圖3中, 串聯電容補償裝置右側到母線r瑞仍是一段無故障的正常輸電線路。根據電報方程，利用已知的端電壓、電流值，可以求得這段線路任意位置x處的電壓、電流瞬時值

5、。 為了盡量減少串聯電容補償裝置端電壓、端電流計算誤差，對串聯電容補償裝置右端的線路采用集中電阻輸電線路模型46來模擬，即把等值電阻分成兩部分后再串入輸電線路來計及導線損耗的影響，如圖4所示。加入集中電阻后，根據貝杰龍（bergeron）方程，可得 式中 z為波阻抗；v為波速；為波沿線路從r端到串聯電容補償裝置處的傳播時間。 2.2 movs上電壓降的計算 對于movs，可采用分段線性化模型、單指數模型以及多指數模型來模擬36。由于故障點與串聯電容補償裝置的位置不同，流過movs上的電流差異很大，為更準確模擬movs，應采用如下多指數模型3： 式中umov,imov為movs的電壓降及流過的電

6、流； urefk,qk和uk（k=0,1,.m）分別為movs的參考電壓，指數以及多段指數曲線的分界點。串聯電容補償裝置如圖5所示，已知流過movs的電流，多段指數分界點 uk應該轉換成相應的電流值ik。根據式(3)，可得求解movs上電壓降的微分方程為 式中,c 可根據補償度kc 求得，urefk和qx可根據movs的伏安特性曲線用曲線擬合的方法求得， i為進入串聯電容補償裝置的電流，由式(2)求得。為求movs上電壓降的數值解，需對式(4)離散化，本文采用文獻1推薦的2階gear差分來實現微分到差分的轉化，有 2.3 故障測距計算 在得到movs右端電壓 usr，電流isr以及movs上的

7、電壓降umov后， movs左側的電壓、電流usl和isl可以根據以下公式計算得到(參見圖3)。 這樣，串補線路的故障測距問題就轉變為一般輸電線路故障測距問題，如圖6所示。這就可以采用兩端電氣量來精確計算故障距離。在圖6中，輸電線路采用分布參數模型，根據電壓連續性可得 2.4 測距結果的選擇 對于帶串聯電容補償裝置的輸電線路故障測距，由于事先無法知道故障是發生在串聯電容補償裝置的哪一側。因此應進行兩端計算并挑選出真正的故障距離。首先假設故障發生在串聯電容補償裝置的左側，根據ur和ir，結合式(1), (2)和擬合后的movs伏安特性曲線以及us和is，可以計算得一故障距離x1；再假設故障發生在

8、串聯電容補償裝置的右側，根據us和is，結合式(1)，(2)和擬合后的movs伏安特性曲線以及ur和ir，又可以計算得另一故障距離x2。2個計算結果中有1個為真，所以可進行如下的挑選： 2.5 三相輸電線路 由于多相導線間存在電磁耦合，不能直接引用上述單根導線的處理方法。為此，本文采用相模變化，去掉相間的電磁耦合，使每一個模量和單根導線一樣，可以單獨求解。 卡倫鮑厄變換（karenbauer）只涉及實數，結構簡單，本文采用了卡倫鮑厄變換。對于三相輸電線路，其變化如式(20)，(21)所示。 串聯電容器組和movs是三相對稱的設備，不存在相間的電磁耦合，其電壓降的計算只能采用相電壓和相電流信號來

9、計算。因此，movs上的電壓降計算，需要利用卡倫鮑厄反變化，在相量空間中進行。 在模域中，故障測距的計算公式為 2.6 數據同步及數據通訊 該算法需要兩端數據同步，因此兩側母線的電流、電壓信號的采集可在gps同步脈沖觸發下進行，每個采樣數據都貼上全球統一的時間標簽以對兩側數據進行同步標識。數據的傳送則可利用變電站現有的通信通道來實現，如圖7所示。3 仿真系統 為了驗證算法，本文采用一500kv，300km的串補線路進行仿真。線路參數如下： 補償度為35，串聯電容補償裝置離s端距離為150km，movs的伏安特性如表1所示。本文中把movs的特性分為4段，經擬合得movs多指數模型各參數見表2。

10、 4 emtp仿真試驗 為防止短路電流存在時間過長，串聯電容不但并聯有movs，通常還并聯有by pass開關。by pass開關動作較快，為了確保測距計算所用電壓、電流數據為by pass開關動作前的數據，本文采用故障后第二周波的數據。 仿真針對故障類型、故障位置、過渡電阻、初相角等故障參數進行，其中，故障位置x指設定的故障點f與s側母線之間的距離，相對誤差為實際誤差距離與線路全長之比，測距計算采用線模，仿真過渡電阻和故障初相角對測距的影響時，故障距離為20 km。仿真結果如表3，4和5所示。 從上述各表可知：由于串聯電容補償裝置安裝在線路中點，故障點越接近串聯電容補償裝置，測距精度越差，但

11、是最大的測距誤差也僅為1.4km，不超過0.5%，見表3；隨著過渡電阻的增大，測距誤差也會增大，但這種增大不明顯；故障初相角不影響測距精度，即暫態分量并不影響測距的精度。 5 結論 （1）提出了使用雙端電氣量的串補線路故障測距新算法。 （2）該方法只需知道線路參數、線路兩端的電壓和電流以及串聯電容補償裝置的參數，可以應用于沒有其他附加并聯支路的帶串聯電容補償裝置和無串聯電容補償裝置的高壓輸電線路中。 （3）理論分析和emtp仿真表明該測距算法不受故障發生位置、故障類型以及故障初相角的影響，且各種故障情況下的測距誤差不超過0.5%。 參考文獻 1 murari m.saha, bogdan ka

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