[发明专利]用于三相电力线路故障诊断的相模变换矩阵设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三相电力线路故障诊断的相模变换矩阵设计方法。

背景技术

目前，三相交流输电是电力系统中最主要的输电方式。电力传输线是电力系统中用于电能输送与分配的重要元件。多数电力线路往往长期直接暴露在外部环境之中，这使得电力线路上发生故障的频度与概率较高。电力线路的故障会影响到整个电力系统的安全稳定运行，如不及时处理将可能造成严重的后果，带来巨大的经济损失。

各个电压等级的三相输、配电系统中均配置有相应的线路保护，能够在线路发生故障后迅速的切断故障并将故障隔离在运行系统之外，从而保证电力系统的安全。此外，针对输、配电线路还设有相应的故障定位方法，用于搜寻故障点所在的区间或具体方位，以便于线路故障的快速排查与及时抢修。在三相线路的故障保护与故障定位方法中，最为关键的环节是线路故障的快速诊断。然而，现有的三相线路保护和故障定位方法普遍采取分相配置的方式，对于线路的故障诊断而言，这种配置方式使得线路故障的诊断需要综合线路每一相的故障判定结果，其主要缺点是故障诊断流程复杂、计算量较大、快速性不佳。同时，线路各相间的耦合效应将会对线路上故障分析与诊断造成不利影响。

为了简化三相线路的故障保护与故障定位方法中的故障诊断流程，提高方法的快速性，并消除线路各相间耦合效应的影响，现如今在许多线路的故障保护与故障定位方法研究中，相模变换技术得到了较多应用，常用的较为传统的变换矩阵有：对称分量变换矩阵、Clarke变换矩阵、Karenbauer变换矩阵、Wedpohl变换矩阵等。其中，对称分量变换作为电力系统故障的重要分析工具，其理论较为完善，广泛用于电力系统故障的稳态相量分析，仅利用其正序分量即可反映出线路上的所有类型故障，但是其变换矩阵中含有复数运算因子，计算较为复杂，快速性不佳，这在一定程度上限制了其在线路的故障保护与故障定位领域中的应用。不同于对称分量变换，Clarke变换、Karenbauer变换以及Wedpohl变换等变换方法的变换矩阵为实矩阵，这使得这些变换方法在快速计算上具备一定优势，但是其主要缺点是采用单一模量无法反映线路上的所有类型故障，必须要采取两个模量相互配合的方式。因此，寻找一种能够采用单一模量反映线路上的所有类型故障的实数相模变换矩阵对于三相线路的快速故障诊断、故障保护以及故障定位有着重要意义。

宋国兵等人在《电力系统自动化》2007年第31卷第14期所著《一种新相模变换矩阵》中提出了一种新型的相模变换矩阵，该矩阵为一个实数矩阵，能够利用单一模量反映三相线路上的所有类型故障，显著的降低了故障诊断的流程复杂度。S.Song等人在《IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY》2015年第30卷第4期所著《A Novel Busbar Protection Method Based on Polarity Comparison of Superimposed Current》中提出了一种与前文不同的，能够利用单一模量反映三相线路上的所有类型故障的新型实数相模变换矩阵。但是，以上两篇论文的研究均未能给出该类相模变换矩阵的具体设计方法。已公开的中国发明专利中暂无该类相模变换矩阵的相关设计方法的文件报道。

目前，针对三相线路，国内外的专家学者虽然已提出几种新型的相模变换矩阵，采用该类相模变换矩阵，可以利用单一模量反映线路上的所有类型故障。但是，对于这类新型相模变换矩阵的参数设计，现有研究中缺乏一个具体的设计方法和准则。鉴于这类新型的相模变换矩阵对于三相线路的快速故障保护和快速故障定位有着积极的作用与显著的意义，因此在该领域中迫切需要一种对该类相模变换矩阵进行设计的方法及准则，用以规范这类相模变换矩阵的参数设计与选取。

发明内容

本发明的目的在于克服现有研究中存在的缺点与不足，提出一种适用于三相电力线路故障诊断的相模变换矩阵设计方法。

本发明的相模变换矩阵为一个实数矩阵，仅利用其中的一个模量就可以反映出在三相线路上发生的多种故障，如单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路、三相短路的情况，实现该线路上的故障诊断。

本发明所采取的技术方案是：

本发明方法首先依据设计准则对相模变换矩阵的参数进行设计与选取；接着，对完成参数设计与选取的相模变换矩阵进行Gram-Schmidt正交化处理，得到所需的相模变换矩阵的最终设计结果。

本发明方法的具体步骤如下：

(一)依据设计准则对相模变换矩阵的参数进行设计与选取；