一种直流系统线路故障定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直流系统线路故障定位方法，首先推导基于VSC直流系统的线路上不同故障类型下的电压电流暂态特性方程，求取故障时电流微分的初始值；接着利用正负极在不同故障类型下的突变量进行故障判别，判定故障发生后的故障类型以及故障极；然后求解故障后电流电压特性方程，求得故障回路的过渡电阻；最后利用故障时电流微分的初始值推导出故障定位值，实现线路故障的精确定位。本发明专利技术对于高过渡电阻与长距离的直流系统的故障定位精度较高，可用于单端辐射型直流配网，船舶直流配电系统，以及输送功率具有分散性、小型性、随机性的直流系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流系统线路故障定位方法，属于直流线路故障定位领域。
技术介绍
目前，直流系统故障定位方法基于离线技术，主要方法有阻抗法、行波法两种。但阻抗法受故障电阻、线路负荷、互感器误差和电源参数等因素的影响较大，实际应用效果不理想。行波法原理简单，准确度高，因此在实际中广泛采用。行波法原理是采用人工模式检测故障线路上暂态行波在母线与故障点之间的传播时间来实施定位。行波故障定位是依靠识别波头、标定波头起始时刻来实现故障定位的。波头的识别与标定工作，对人员素质有较高要求、难以实现自动化。当存在过渡电阻、行波波头幅值受到限制时，波头的起始点便更难准确标定，严重影响定位的精度和可靠性。随着过渡电阻的继续增大，行波故障定位法就会由于没有启动而无法定位故障。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种直流系统线路故障定位方法，避免了行波故障定位过程中受过渡电阻、行波波头幅值等因素的影响。技术方案：本专利技术采用的技术方案为一种直流系统线路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据直流电容放电原理，推导得出基于VSC直流系统的线路上发生不同故障类型下的电压电流暂态特性方程，并推导电流暂态特性方程的微分方程，求取故障时电流微分方程的初始值；2)利用正负极在不同故障类型下的突变量来进行故障判别，判定故障发生后的故障类型以及故障极；3)求解故障后电流电压暂态特性方程，求取故障回路的过渡电阻；4)利用故障时电流微分的初始值推导出故障定位值。优选地，所述步骤1)中所述电压电流暂态特性方程为：当时，电压电流的暂态特性方程为：Udc=vc(0)ω0ωe-δtsin(ωt+β)-I0ωCe-δtsin(ωt)---(1)]]>i(t)=vc(0)ωLe-δtsin(ωt)-I0ω0ωe-δtsin(ωt-β)---(2)]]>上式中，vc(0)与iL(0)是故障前的直流电压电流，R＝2Req+Rf，L＝2Leq，C＝Ceq/2，Rf为过渡电阻，双极接地过渡电阻较小，可近似认为β＝arctan(ω/δ)；此时电流微分方程为：di(t)dt=-vc(0)ω0ωLe-δtsin(ωt-β)+I0ω02ωe-δtsin(ωt-2β)---(3)]]>R＝Req+Rf,L＝Leq,C＝Ceq；当时，电压电流的暂态特性方程为：i(t)=vc(0)L(p2-p1)[e-p1t-e-p2t]+iL(0)(p2-p1)[-p1e-p1t+p2e-p2t]---(9)]]>v(t)=-1C∫i(t)dt=vc(0)(p1-p2)[p2e-p1t+p1e-p2t]+iL(0)C(p1-p2)[e-p1t-e-p2t]---(10)]]>式中，此时电流微分为：di(t)dt=vc(0)L(p2-p1)[-p1e-p1t+p2e-p2t]+iL(0)(p2-p1)[p12e-p1t-p22e-p2t]---(11)]]>优选地，所述步骤2)中由于双极故障时：正极：ΔU1＜0，ΔI1＞0；负极：ΔU2＞0，ΔI2＜0；则有单极故障时，正极故障：正极：ΔU1＜0，ΔI1＞0；负极：ΔU2＜0，ΔI2＞0；则有，单极故障时，负极故障：正极：ΔU1＞0，ΔI1＜0；负极：ΔU2＞0，ΔI2＜0；则有，判定方法：先判断若双极故障；若单极故障；若判断ΔI1、ΔI2即可判定故障发生后的故障类型以及故障极。优选地，所述步骤3)中测得电压测量值v'c,mea与电流测量值i'L,mea，以及v'c,mea跌落值低于任何一相电网电压的时间vga,b,c-t1,mea，则整个回路的总电阻与电感可求解得：iL,mea′=vc(0)L(p2-p1)[e-p1t1,mea-e-p2t1,mea]+iL(0)(p2-p1)[-p1e-p1t1,mea+p2e-p2t1,mea]vc,mea′=vc(0)ω0(p2-p1)[-e-p1t1,meap1+e-p2t1,meap2]+iL(0)C(p2-p1)[e-p1t1,mea-e-p2t1,mea]---(14)]]>假设忽略电路中其余部分的电阻与电感，如IGBT与二极管，则故障时回路总电阻与总电感为Rtotal=Rf+Ru·xLtotal=Lu·x---(15)]]>由式(14)、(15)即可得过渡电阻Rf；由上分析指出，在t＝0+时刻，取得极大值，则有di(t)dt|t=0+=vc(0)L-iL(0)RL=-3i(t0)+4i(Δt+t0)-i(t0+2Δt)2Δt=max{-3i(t)+4i(Δt+t)-i(t+2Δt)2Δt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流系统线路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据直流电容放电原理，推导得出基于VSC直流系统的线路上发生不同故障类型下的电压电流暂态特性方程，并推导电流暂态特性方程的微分方程，求取故障时电流微分方程的初始值；2)利用正负极在不同故障类型下的突变量来进行故障判别，判定故障发生后的故障类型以及故障极；3)求解故障后电流电压暂态特性方程，求取故障回路的过渡电阻；4)利用故障时电流微分的初始值推导出故障定位值。

【技术特征摘要】
1.一种直流系统线路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据直流电容放电原理，推导得出基于VSC直流系统的线路上发生不同故障类型下的电压电流暂态特性方程，并推导电流暂态特性方程的微分方程，求取故障时电流微分方程的初始值；2)利用正负极在不同故障类型下的突变量来进行故障判别，判定故障发生后的故障类型以及故障极；3)求解故障后电流电压暂态特性方程，求取故障回路的过渡电阻；4)利用故障时电流微分的初始值推导出故障定位值。2.根据权利要求1所述的直流系统线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤1)中所述电压电流暂态特性方程为：当时，电压电流的暂态特性方程为：Udc=vc(0)ω0ωe-δtsin(ωt+β)-I0ωCe-δtsin(ωt)---(1)]]>i(t)=vc(0)ωLe-δtsin(ωt)-I0ω0ωe-δtsin(ωt-β)---(2)]]>上式中，vc(0)与iL(0)是故障前的直流电压电流，R＝2Req+Rf，L＝2Leq，C＝Ceq/2，Rf为过渡电阻，双极接地过渡电阻较小，可近似认为Rf≈0，β＝arctan(ω/δ)；此时电流微分方程为：di(t)dt=-vc(0)ω0ωLe-δtsin(ωt-β)+I0ω02ωe-δtsin(ωt-2β)---(3)]]>R＝Req+Rf,L＝Leq,C＝Ceq；当时，电压电流的暂态特性方程为：i(t)=vc(0)L(p2-p1)[e-p1t-e-p2t]+iL(0)(p2-p1)[-p1e-p1t+p2e-p2t]---(9)]]>v(t)=-1C∫i(t)dt=vc(0)(p1-p2)[p2e-p1t+p1e-p2t]+iL(0)C(p1-p2)[e-p1t-e-p2t]---(10)]]>式中，此时电流微...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴在军，高仁栋，范文超，窦晓波，胡敏强，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32