PSCAD行波测距

stoat

2 _* G* L* d" d# ^$ M本帖对行波测距就行简介，主要是仅利用pscad进行建立
# f" M. \7 U( _' J欢迎大家讨论
5 w$ Q% N" _6 z: O  \

stoat

3.      几个问题

注意：一个周波的时间为0.02s，行波已经行驶6000km，也就是说已经在一个周波内发生了多次折反射并完全衰减。因此需要在极短的时间内观察行波的变化才可以。以100km为例，需要观察行波变化的时间范围大约在故障发生后的2ms左右，以便观察行波的2~3次变化。

虽然已经知道了行波测距原理，但是还需要攻克两个难点：

1、输电线路是三相耦合的，需要得到不相互影响的单一变量作为定位的依据。（用于确定波速v）

2、检测到行波发生变化的时间。（用于确定时间t1、t2）

第一个难点可以联想到正负零序分量的算法，通过矩阵变换得到独立的正序负序零序分量。但是正负零序分量在计算的过程中存在复数运算，因此需要一种简便算法。这可以通过另外一种矩阵变换实现，即凯伦贝尔变换。公式如下：

得到的三种变量分别为0、α、β模量，其中0代表零模，α、β 代表线模。零模与线模的区别在于波速相差较大。其中零模与零序分量波速相近，但衰减较为严重；线模与正负序分量波速相近，波速较为稳定。

+ z! O- S* |0 z

其波速的公式为

# C- J3 m7 B" F/ d' N

4 h6 j, s& ^* u. X: A7 m

第二个难点可以联想速断保护中，电流超过继电器设定值跳闸的原理，仅需在超过一定阈值后记录时刻并发送信号即可。然而行波的变化隐藏在整个波形中，变化很小，如果能在波形突变的时候得到较大数值，而正常工频变化时数值保持为零就好了。因此可以利用小波分析这一数学方法。

; k; J2 e* S  A+ I4 x: y; s

小波wavelet（wave波，let小）是将一个波形分解成低频分量与高频分量，低频分量用来描述原始波形的变化趋势，高频分量用来描述细节变化，可以用同于分析信号的突变点。

, W; g1 R6 ^9 l- E( B% _% i. |

以上图为例，可以看出不同尺度的细节成分可以实现突变点的检测。其中高频分量在信号发生突变时刻显示出尖峰，而平缓变化时其值约为零。

- t* `5 G; I' K, t2 T/ H& T- _

; I4 H: }$ [# @' g3 h" \

% H" {. P, q* \0 A5 j
  H8 @! ^9 O( T2 e/ h* m

stoat

    行波测距原理简单、准确度高，利用波的折反射原理与折反射波之间的时间差就能实现输电线路故障定位。下面对原理进行简要介绍并利用PSCAD Free进行仿真验证。（软件下载即安装可参照PSCADFree安装教程：https://tech.cepsc.com/thread-486945-1-1.html）

; n; \; a0 r8 L         图1  故障线路行波变化

    波在经过波阻抗不连续点后会发生折射与反射，在输电线路中电压、电流在遇到波阻抗不连续的点也会出现这种现象，其中反射波与折射波会由故障点分别向线路两端行驶。当波形到达M端的时刻，会在使电压、电流波形发生微小变化。

1.      测距原理

行波测距原理主要分为两大类。双端测距与单端测距。

a)       双端测距

假设输电线路全长为L，M处为左端，N处为右端，均装设电压、电流互感器。故障发生在距离首端x处。

         图2  双端测距原理

4 Y! W8 g4 W1 e

其中反射波与折射波经时间t1、t2分别到达M、N端，其中波速为v，则

                              

2 u6 D- N; r9 @% `: @& f

* {: \8 @  {5 R8 d- }) u

' ?7 X9 \$ V+ K, ]2 `

b)       单端测距

单端测距仅利用一侧电压电流的波形进行定位，即通过初始反射波在故障点F与M端多次反射来实现定位。由于波的反射效果，当t2时刻到达M端时，波形的变化更加微小，因此双端测距可靠性更高。

         图3  单端测距原理

  Q  p4 W5 f: A# \  |! y

4 r0 s, x9 A% O* f

         

& r9 Y' b/ P- N8 D; [

  v' c" t: X3 ]% y
/ y/ D1 a! l$ W/ ^; ]+ A

stoat

4.      PSCADFree仿真

a)       模型介绍

       图5  PSCADFree测距模型

9 k& S4 ]* D  e6 W/ V- T/ p

仿真在PSCADFree版本的PSCAD/EMTDC中建立，这个版本的软件是免费的，但只能做15个节点（参考《电路》中的节点图）的仿真，可以用于简单的继电保护仿真。

9 P4 c- B8 ?$ B' d" e, R  w

整个仿真分为两个部分：

' Q0 g- ?& |% F+ o8 K

主体部分（上方电路）：包括双端电源，两条输电线路，故障模块与电压电流测量模块组成。

测量计算部分（下面模块）：包括线路两端的电压电流显示部分；相模变换、小波分析计算（图中的四个方块分别为由两端的电压电流输入进行计算）。

         图6  左上模块内电压信号

以左端为例，将三相电压分为单相便于进行相模变换矩阵计算。

      图7 左上模块内计算原理

b)       仿真验证

在输电线路全长为300km，在距离左端100km处设置单相接地故障，通过将测得的相电压电流进行相模变换提取出零模、线模分量，如左图。然后为了检测出行波的微小变化，将零模、线模分别用db4小波进行分解，得到关于信号突变时刻的波形。最后利用双端、单端测距公式进行验证。

图8 左端电压0、α、β 模量

首先得到变换后的模量成分，注意变化的范围很小，需要放大观察，图中零模成分变化较为明显，但请注意纵坐标尺度。

# {$ Q; y$ k  n$ q. e

图9 左端电压零模、线模分量

图10 右端电压α线模分量

输电线路的零序、正序波速如下图

图11 线路参数内定义

* S& [* X& k$ o* i

, t& b( P" V& ?1 i9 w# o% j$ Q2 U& Y
1 n. N1 A) W8 H: d6 f

1 l3 Q; D: P4 C) S

stoat

& Y0 L+ T6 B  I5 Y- J0 z
8 r% y/ _; U' W) s1 @( |注意：
9 j- F) O0 _- Q7 W6 K( R" C1、软件使用PSCADFree 4.6.3
2、电压电流整体

/ ~5 w5 O( s2 }其电压出现暂降，与电阻内阻抗有关
: D$ T6 f- f9 A$ w% M3、不是所有相模变换后的突变均明显，不过小波变换后效果明显
6 x% s# K  w9 L& P/ a7 m% C$ k
变换不明显
4、仿真中模型参数不能都利用默认参数，需作出适当改动
4 Y' Z, `: C$ C' w& w- B5、本帖为简化教程，做简单了解
, \; l7 P4 j# G8 k

+ F, x' O( x+ k0 i" ~6 @

菜鸟萌新

厉害，版主的帖子支持下

, i7 I  Z/ ]' M% H                               
登录/注册后可看大图

. k4 e, q  @$ |  e. u$ M2 v* x

whery

看不懂说的都是些什么。

zhangjr_fx

先马一个，最近对行波方便比较感兴趣

281706967

强烈支持楼主ing……

曾鑫辉

楼主很专业，写得很好！