输电线路作为电能输送的重要通道，可以高效低损耗将清洁电能输送至需求地区，助力“碳达峰、碳中和”目标实现。当前，输电线路系统日益复杂，比如线路长度方面，已出现多条上千公里的超长输电线路；线路拓扑方面，包括交直流耦合输电线路、共享输电走廊的多回输电线路、电缆架空线混合的非均匀输电线路、多受/送端的多端输电线路等。在大规模新能源接入电力系统的背景下，我校信息学院智慧电气科学中心（CiPES）刘宇课题组聚焦长距离线路、复杂拓扑交直流输电线路，开展了线路建模、故障定位问题的研究工作。近日，相关科研成果在电力系统保护领域国际期刊Electric Power System Research上发表。
长距离输电线路高精度时域建模与直流高压输电线路故障定位新方法
针对长距离输电线路的分布参数特性，现有方案常采用贝瑞龙模型进行描述。传统贝瑞龙模型将输电线的电阻建模为两个集中参数电阻放置于电路两端，忽略了电阻的分布参数特性，增加了线路建模与故障定位误差。为此，研究团队对传统贝瑞龙模型进行了系统性的理论误差分析，得出模型精度与频率、线路参数的数学关系。继而将全线n个电阻均匀分布于线路，提出了n段贝瑞龙模型，并严格证明了解析形式的正确性。最后基于电压法故障定位思想，利用所提出的n段贝瑞龙模型求解点电压分布，实现输电线路故障定位。验证结果表明，针对一千公里的长距离直流输电线路，仅利用故障后12ms的短时间窗与较低的采样频率（20kHz），即可精确实现故障定位。该方法基于高频分量，有效减少了线路频变参数特性对模型精度的影响。本成果对时域输电线的基础模型进行了改进与泛化，有望为电力系统输电线路保护、故障定位、暂态控制等研究领域提供新型线路模型的理论基础。
相关成果以“Analytical Multi-Section Bergeron Model of Transmission Lines and Application to Accurate Fault Location for Long HVDC Lines” 为题在线发表。信息学院2022届本科生乙立晖为第一作者，2023届博士研究生芦大有为第二作者，刘宇教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。此项工作对学生的数学基础、耐心、毅力等有着很高的要求。上海科技大学重视对本科生原创科研能力的培养，鼓励本科生进入实验室开展科学研究。乙立晖在大二时进入刘宇课题组开展科研工作，并在大四毕业前完成了该论文的撰写工作。目前，乙立晖在美国西北大学电气与计算机工程系（ECE）攻读博士学位。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378779623003991
图1：等效电路、解析表达式、模型误差、电压分布计算结果以及故障定位结果
适用于一般性交直流复杂输电线路的时域故障定位新方法
一般性的交直流复杂输电线路可包含交直流耦合、电缆架空线混合、多回、多端等多种复杂情况。若不充分考虑其拓扑的复杂性，而将线路直接建模为简单双端线路，将放大故障定位误差。现有对时域电压法故障定位的研究，尚缺少考虑上述复杂拓扑的系统性故障定位方法。刘宇课题组首先提出了一种通用的基于偏微分方程数值解的线路电压分布求解方法。而后针对复杂输电线路的一般性拓扑，分析全线电压在多相、部分耦合、非均匀、多端等线路的分布规律，实现故障选线与故障定位。所提出的方法在两个交直流复杂拓扑输电线路中进行了实验。实验结果验证了该故障定位方法的高精确度、对不同复杂拓扑的适用性、以及线路精确建模的必要性，可实现在极短的时间窗（5ms）以及较低的采样频率（20kHz）下精确地计算故障位置。
相关成果以“Fault Location for General AC/DC Transmission Lines: Multi-Phase, Non-Homogeneous, Partially Mutually Coupled and Multi-Terminal Lines”为题在线发表。信息学院2023届博士研究生芦大有为第一作者，刘宇教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。芦大有已于2023年夏季获得博士学位，毕业后将前往美国佐治亚理工学院电气与计算机工程系（ECE）继续博士后的研究工作。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378779623003735
图2：复杂输电线路的两个测试系统以及故障定位结果
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