一种特高压直流输电线路神经网络双端故障测距新方法_陈仕龙

x
1 2

L

1 j
ln
U ja U jb

（4）
式中，Uja、Ujb 分别表示同一频带下整流侧测距装 置处和逆变侧测距装置处检测到的故障电压行波 j 模分量首波头幅值； j 表示该波头对应频率下的 j 模线路衰减常数。
线路衰减常数是关于频率的非线性函数[18]，对 于直流输电线路，如果能准确确定单位长度线路的 电阻、电感、电容和电纳，就可以求得任意频率下 线路衰减常数。这样通过求得特定频带下到达整流 侧和逆变侧测距装置处的故障电压 j 模分量首波头 幅值比，利用式（4）就可以计算出故障发生点距离 整流侧测距装置处的距离，从而实现故障测距的目 的。实际上，高压线路沿线地质条件相当复杂，不 同的地质段的土壤电阻率有不同的取值，线路的分 布电感也会因不同的地区和线路结构而产生差异， 同时，由于气候的影响，沿线的不均匀电晕分布影 响了线路的分布电容，所以对于特定的直流输电线 路，准确测量线路的实际参数存在困难[19]，所以准 确求取线路的衰减常数存在一定的困难。
直流输电线路发生故障时，故障点产生的故障 高频信号将沿线路向两端传播，故障高频信号在线 路上传播过程中将发生衰减[5-8]，据此文献[9]提出 基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端测 距原理，该原理的测距精度依赖于线路衰减常数准 确估算。高压直流输电线路因为沿线地形环境复杂， 准确测量线路的参数存在困难，因而求取线路衰减 常数有一定的困难。鉴于人工神经网络有很强的非 线性逼近拟合能力，利用人工神经网络方法，将不 必准确计算线路衰减常数也能准确实现故障定位。 本文选取不同频带内整流侧和逆变侧测距装置处检 测到的故障电压行波线模分量高频部分首波头幅值 比作为 BP 神经网络的输入样本集，故障距离作为 输出样本集，对神经网络进行训练、测试，形成直 流输电线路故障测距神经网络模型。不同过渡电阻 下不同故障距离的大量仿真结果表明：该基于高频 量衰减特性的特高压直流输电线路神经网络双端故 障测距方法精度较高，而且耐受过渡电阻能力强。
当线路发生接地故障时，在故障点和母线处因 其线路波阻抗不连续而会出现行波折反射。在一定 的时间窗内，线路两端测距装置处检测到的行波信
第 30 卷第 4 期
陈仕龙等 一种特高压直流输电线路神经网络双端故障测距新方法
259
号中就含有故障初始行波、故障点反射波和母线发 射波[11]。因此，在测距装置处提取单一频率的来自 故障源的行波信号存在困难。
2015 年 2 月 第 30 卷第 4 期
电工技术学报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.30 No. 4 Feb. 2015
一种特高压直流输电线路神经网络双端 故障测距新方法
陈仕龙 1 谢佳伟 1 毕贵红 1 张 杰 1 张文英 1 高 超 2
Keywords：UHVDC, the attenuation characteristics of high frequency signal, two terminal fault location, initial traveling wave head, ANN
国 家 自 然 科 学 基 金 （ 51267008）， 特 高 压 工 程 技 术 （ 昆 明 、 广 州 ） 国 家 工 程 实 验 室 开 放 基 金 （ NEL201415） 和 昆 明 理 工 大 学 校 人 培 基 金 （kkz3201304019）资助项目。 收稿日期 2014-03-31 改稿日期 2014-08-05
2 基于高频量衰减特性的特高压直流输电 线路双端测距原理
目前，特高压直流输电线路多采用双极模式运
行，两极之间存在耦合，因此，在对线路上的电压 信号进行衰减特性分析之前要先进行解耦运算。利用 式（1）进行解耦得到独立的暂态电压模量分量[10]。

u1 u0


s 1

u u
（1. 昆明理工大学电力工程学院 昆明 650050 2. 南方电网科学研究院 广州 510080）
摘要 提出一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路神经网络双端故障测距方法。传 统基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端测距方法的测距精度依赖于线路衰减常数的准 确求取，但准确计算线路衰减常数是一个难题。人工神经网络具有很强的非线性逼近拟合能力， 利用人工神经网络方法，将不必准确计算线路衰减常数也能准确实现故障定位。选取不同频带内 整流侧和逆变侧测距装置处检测到的故障电压行波线模分量高频部分首波头幅值比作为 BP 神经 网络的输入样本集，故障距离作为输出样本集，对神经网络进行训练、测试，形成直流输电线路 故障测距神经网络模型，将反映故障位置的特征数据输入训练后的网络模型即可实现故障测距。 大量仿真结果表明：该基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路神经网络双端故障测距方法精 度较高，而且耐受过渡电阻能力强。
图 1 基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路 双端故障测距原理
Fig.1 The double-ended fault location method of UHVDC transmission line based on high frequency
component attenuation characteristic
目前直流输电线路故障后的测距主要依赖于行 波故障定位技术[3]，分为单端行波测距法和双端行 波测距法。单端行波法需要准确识别第二个反射行 波波头，高阻接地故障时第二个反射行波波头的正 确识别存在困难；双端行波测距法能够准确定位的 关键在于正确识别和标定故障行波首波头，由于直 流输电系统中由平波电抗器和直流滤波器组成的线 路边界对行波的高频及低频成分呈现不同的频率特 性，这给故障行波首波头的正确识别和到达时间的 准确标定带来了困难[4]。
2. Electric Power Research Institude of China Southern Power Grid Guangzhou 510080 China）
Abstract A novel two terminal fault location method used ANN for UHVDC transmission line based on the attenuation characteristic of signals with high frequency is proposed. The precision of traditional fault location method for UHVDC transmission line based on the attenuation characteristic of signals with high frequency depends on the accuracy of attenuation constant of transmission line, but it is difficult to compute that accurately, ANN that is a good tool for non-linear data modeling and non-linear function curve-fitting is selected to solve the aforementioned problems. The ratios of amplitude of initial traveling wave head of the aerial mode component of voltage traveling wave with high frequency in rectifier side to which in the inverter side of each wavelet level are chosen as the inputs and fault distance as the outputs for training and testing the neural network for fault location in the UHVDC transmission line, and fault distance can be obtained when input fault characteristic data to the trained model. A variety of transmission line fault situation are simulated based on the PSCAD, and this proposed two terminal fault location method used ANN for UHVDC transmission line based on the attenuation characteristic of signals with high frequency shows satisfactory performance.

（1）
其中
s
2 1
2

1
1 1
（2）
式中，u1、u0 分别表示整流侧或逆变侧的暂态电压 线模分量、零模分量；u+、u分别表示该侧的正极 线暂态电压、负极线暂态电压。
特高压直流输电线路对高频量有衰减作用，高 频量的衰减程度与其通过的直流输电线路长度有密 切关系。基于高频量衰减特性的特高压直流输电线 路双端测距原理如图 1 所示。
258
电工技术学报
2015 年 2 月
1 引言
特高压直流输电具有输送容量大、送电距离远、 线路走廊窄等优点，因此在远距离电能传输方面具 有明显的优势。我国幅员辽阔、能源与负荷呈逆向 分布，决定了特高压直流输电技术在我国具有广阔 的应用前景[1]。直流输电线路是直流系统故障率最 高的元件[2]，由于直流输电线路一般较长，沿线地 形复杂，环境恶劣，通过巡线的方式准确查找故障 点变得异常困难，这严重影响了永久性故障的恢复 时间。因此，研究准确、快速的直流输电线路故障 测距技术具有较高的实用价值。