故障分析与反措基于PMU的故障测距新算法研究汇总.doc

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电压电流量，利用2.1节提