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申请/专利权人：上海科技大学

摘要：本发明的技术方案提供了一种基于分层模型的交直流电缆输配电系统精确故障定位方法，对输配电线路所使用的电缆通过分层模型建模来考虑其参数频变特性，其特征在于，所述精确故障定位方法包括以下步骤：建立目标输配电线路段的分层模型；求解分层模型；进行故障定位。本发明针对电缆提出了一个分层模型来考虑参数的频变特性，并求解该分层模型，以提高故障定位精度。对于各种故障类型，本发明中的故障定位方法能够定位到更精确的故障位置。

主权项：1.一种基于分层模型的交直流电缆输配电系统精确故障定位方法，对输配电线路所使用的电缆通过分层模型建模来考虑其参数频变特性，用相表示交流或直流输配电线路的每个独立导体，层表示交流或直流输配电线路的每个独立导体中的层，其特征在于，所述精确故障定位方法包括以下步骤：步骤1、建立目标输配电线路段的分层模型：步骤101、将总长度为l的目标输配电线路段的各导体划分为多层，并假设各层中的电流各自满足均匀分布；步骤102、计算得到各层自电阻、各层自电感、各层之间的互电感、各导体之间的电容，进而基于各层自电阻构建分层模型的串联电阻矩阵Rl，基于各层自电感及各层之间的互电感构建分层模型的串联电感矩阵Ll，基于各导体之间的电容构建分层模型的并联电容矩阵Cl；步骤103、构建分层模型的等效电路，等效电路的两个端点分别定义为端点k以及端点m；对于分布参数分层模型，对于目标输配电线路段中任意一段长度为dx、位置在距离k端点x处的无穷小线路段，该无穷小线路段的相电压upx，t和相电流ipx，t定义为：upx，t＝[up1x，tup2x，tup3x，t]Tipx，t＝[ip1x，tip2x，tip3x，t]T其中，up1x，t、up2x，t及up3x，t分别为在时刻t、距离x处的正相电压、负相电压和地相电压，ip1x，t、ip2x，t、ip3x，t分别为在时刻t、距离x的正相电流、负相电流和地相电流；该无穷小线路段的层电压ulx，t和层电流ilx，t定义为： 其中，为在时刻t、距离x处的第1层层电压、第2层层电压、......、第3n1+4n2层层电压，为在时刻t、距离x处的第1层层电流、第2层层电流、.....、第3n1+4n2层层电流；步骤104、基于KCL和KVL，步骤103所建立的等效电路的物理规律描述为方程；对于分布参数分层模型，描述方程如下： 式1a及式1b中，1m×n代表所有元素都为1的m×n维矩阵，0m×n代表所有元素都为0的m×n维矩阵；式1a及式1b即为在分布参数分层模型的情况下，在时域考虑参数频变特性的分层模型；步骤2、求解分层模型，获得目标输配电线路段的全线电压分布，其中，求解分布参数分层模型；步骤201、求解分布参数分层模型，对求解区域进行有限网格划分，其中：横轴为距离x，共计被划分为Nx个网格，每个网格的距离步长为Δx；纵轴为时间t，共计被划分为Nt个网格，每个网格的时间步长为Δt；步骤202、求解分布参数分层模型，沿着距离方向在每个距离节点上，分别求解该距离节点上各时间节点上的相电流、层电流、相电压，包括：步骤2021、相电流求解对于式1b，相电流根据Lax-Wendroff格式求出，相电流的解为： 式2中，Lave和Rave为3×3n1+4n2维矩阵，且有：Ak，：代表矩阵A的第k行；Ip为相电流的数值解，Il为层电流的数值解；下标j代表第j个距离节点，上标n代表第n个时间节点，以下其他变量的数值解采用相同定义；步骤2022、层电流求解层电流的求解借助层电流与步骤2021求解出的相电流之间的关系，采用无条件稳定的梯形积分求解，层电流的解为： 式3中，Ldiff和Rdiff为3n1+4n2-3×3n1+4n2维矩阵，Ldiff和Ll的关系如下：Ldiffk，：＝[L11，：-L1k+1，：]，k＝1，…，n1-1Ldiffk+n1-1，：＝[L11+n1，：-L1k+1+n1，：]，k＝1，…，n1-1Ldiffk+2n1-2，：＝[L11+2n1，：-L1k+1+2n1，：]，k＝1，…，n1+4n2-1Rdiff和Rl的关系如下：Rdiffk，：＝[Rl1，：-Rlk+1，：]，k＝1，......，n1-1Rdiffk+n1-1，：＝[Rl1+n1，：-Rlk+1+n1，：]，k＝1，......，n1-1Rdiffk+2n1-2，：＝[Rl1+2n1，：-Rlk+1+2n1，：]，k＝1，......，n1+4n2-1步骤2023、相电压求解相电压用无条件稳定的隐性格式求解，其解为： 步骤3、故障定位在求解电压分布后，故障位置通过如下式5所示函数求解得到： 式5中，其中ukx，t和umx，t分别为从输电线路两个端点k和m出发计算出的各时刻全线电压分布，t1，t2为求和窗。

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