我院智慧能源中心（CiPES）刘宇课题组提出了两种针对长距离复杂输电线路的新型精确故障定位方法。近期，两篇论文在电力系统保护及输配电领域顶级国际期刊IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY上在线发表。
我国清洁能源资源与需求分布不均，高压远距离输电技术能够将大量清洁能源远距离低损耗输送到需求地区，进而有效提升清洁能源利用率。输电线路在运行过程中时常发生故障，故障线路被隔离后，若不能准确定位故障，则会延长故障点被发现的时间，进而延长线路停电时间，降低电网供电可靠性。随着电力系统的发展，输电线路日益复杂，呈现距离长、非对称、多端、多回路耦合等特点，进一步增加了精确故障定位的难度。
“Time-domain Transmission Line Fault Location Method with Full Consideration of Distributed Parameters and Line Asymmetry”一文从时域出发，通过精确求解故障期间的输电线路电压分布实现故障定位。该研究提出了一种针对故障定位问题的新型的数值格式，以求解多相不对称复杂输电线对应的偏微分方程组。该时域偏微分方程组精确描述了输电线路全线电压、电流应满足的物理规律，并完全考虑了输电线路分布参数以及非对称特性。此数值格式以严格的数学推导为基础，在合理的数值步长选取下，可以保证算法的稳定性并达到最小数值误差。实验表明，与现有时域故障定位方法相比，所提出的数值格式以及故障定位算法可以在极短的时间窗（5ms）以及较低的采样频率（4kHz）下更精确的计算故障位置。信息学院2019级博士研究生芦大有为第一作者，刘宇教授为通讯作者，廖奇峰教授为共同作者，上科大为第一完成单位，上海交通大学为合作单位。该项研究得到了国家自然科学基金、上海市浦江人才计划等支持。
文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9000637
图1. 全线电压分布5毫秒内求解结果（故障位置：100千米）
图2. 结果对比：提出故障定位方法与现有时域故障定位方法
“Fault Location Algorithm for Non-Homogeneous Transmission Lines Considering Line Asymmetry”一文从相量域出发，通过求解含故障位置的输电线路状态方程实现故障定位。与时域相比，相量域在正弦稳态假设下可将偏微分方程转化为常微分方程，进而大大地简化了故障定位问题的建模与求解。该研究首先通过解析求解常微分方程组，在相量域中提出了一种针对任意双端多相输电线路的通用模型，其可以在相量域中完全考虑输电线路的分布参数以及非对称特性。而后，研究人员提出了一种系统性的建模方法，通过考虑复杂混合输电线路的全部物理规律，将故障位置作为未知状态量数引入输电线路模型，而后采用状态估计工具求解故障位置。实验表明，与现有相量域方法相比，该方法能够有效提升故障定位的精度，并且对复杂混合输电线路系统的拓扑没有额外假设。信息学院刘宇教授为第一作者，2018级硕士生王冰林为第二作者，傅旻帆教授为共同作者，上科大为第一完成单位，上海交通大学为合作单位。该项研究得到了国家自然科学基金、上海市浦江人才计划等支持。
文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/8966315
图3. 含故障的多端混合输电线路系统性建模方法
图4. 结果对比：提出故障定位方法与现有相量域故障定位方法
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