一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法技术

本发明专利技术公开了一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，包括：应用对称分量法计算出各馈线的负序电流；对各馈线的负序电流进行EMD分解，得到各阶本征模态分量IMF；对各阶本征模态分量IMF分别进行Hilbert变换，得到其相应的瞬时幅值波形；以故障发生时刻为基准，分别计算各馈线设定阶数的本征模态分量IMF在故障前与故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和以及所述瞬时幅值之和的变化量；根据变化量的大小判断出断线故障线路。本发明专利技术通过分析考虑分布式电源的配电线路发生单相断线故障后保护安装处各电气量的变化特征，提出断线保护判据，放大故障发生后的特征量，达到可靠检测故障的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及配电网故障选线
，尤其涉及一种传统配电网单相断线故障选线方法。
技术介绍
中小容量的分布式电源越来越广泛地被应用于配电网中，一方面增加了电网的经济性和灵活性，同时也给电网的供电可靠性、继电保护等带来新的问题。分布式电源接入配电网后，将会对线路两端的电压和电流的大小产生影响。当发生故障后，更是影响保护安装处的电压和电流大小，可能导致原有的保护判据和故障判定方法不再适用。因此对含分布式电源的配电线路发生故障后系统的变化特性进行分析以及提出相应的保护判据显得很有必要。为了解决此问题，高校和科研院所从不同方面提出了各种应对措施。天津大学从理论上推导了分布式电源接入配电网后发生故障时相应的短路电流表达式，以及其对保护和重合闸的影响，并在已有的自适应电流速断保护基础上，对含分布式电源的配电系统的自适应电流速断电流保护进行重新整定；华南理工大学提出计及DG控制特性的配电网故障分析方法，建立对称故障条件下以及不对称故障条件下分布式电源模型，仿真结果验证了对称故障与非对称故障电流计算方法；北京交通大学理论上推导了故障电流与DG容量、DG接入点位置以及故障位置的关系，定量分析并验证了DG对配电网电流保护和重合闸的影响，并提出适用于多DG接入的配电网保护方案；西南交通大学分析了常见的几种分布式电源类型和等值模型，推导出三相短路电流值表达式，得出分布式电源对原有保护配置的影响。然而，上述研究大都集中在基于短路条件下分布式电源对保护的影响分析，而分布式电源接入后对单相断线故障的影响，尚未有人论及。为了适应智能配电网建设的发展要求，提高供电可靠性，最大限度地发挥分布式电源接入电网的经济性，对含分布式电源的配电线路单相断线故障应进行深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述难题，提供了一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，该方法通过分析含分布式电源的配电线路发生单相断线故障后保护安装处各电气量的变化特征，提出断线保护判据，通过对判据进行处理，放大故障发生后的特征量，达到可靠检测故障的目的。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，包括：(1)假设变电站母线共带有n条馈线，采集各馈线出口处的三相相电流，计算出各馈线的负序电流；(2)将计算得到的各馈线的负序电流的幅值与负序整定值进行比较，当负序电流的幅值大于负序整定值时启动步骤(3)；否则，返回步骤(1)；(3)对各馈线的负序电流进行EMD分解，得到各阶本征模态分量IMF；并计算各阶本征模态分量IMF对应的瞬时幅值波形；(4)以故障发生时刻为基准，分别计算各馈线设定阶数的本征模态分量IMF在故障前与故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和以及所述瞬时幅值之和的变化量；(5)根据各馈线在故障前、故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和的变化量的大小判断出断线故障线路。进一步地，所述步骤(2)中，负序整定值根据躲过其他馈线单相断线故障时本馈线上产生的负序电流进行整定。进一步地，所述负序整定值I2.set＝kk|i2|；其中，kk为可靠系数。进一步地，所述步骤(3)中对各阶本征模态分量IMF分别进行Hilbert变换，得到其相应的瞬时幅值波形。进一步地，所述步骤(4)中，分别计算各馈线二阶本征模态分量IMF2在故障前和故障后的瞬时幅值之和。进一步地，所述步骤(4)中，设定周期为6个周期或者7个周期。进一步地，所述步骤(5)中，将各馈线在故障前、故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和的变化量由大到小进行排序，选取前三条馈线作为疑似断线故障线路。进一步地，所述步骤(5)中，将各馈线在故障前、故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和的变化量由大到小进行排序，选取变化量最大者为断线故障线路。本专利技术的有益效果：在含分布式电源的配电线路单相断线故障选线中，以负序电流和负序电流希尔伯特-黄变换的二阶本征模态分量结合构成选线判据，有以下应用效果：(1)分布式电源模型计及了控制策略的影响，相对于恒定电势源的等效方法，更能正确模拟分布式电源故障前后的实际输出特性，是一种准确的等效方式。(2)仅仅利用故障后保护安装处的电流信号就能检测出故障，不需要电压信号，也不需要其他位置的电流信号，方法简单方便，减少了电压互感器和电流互感器的装设要求；与基于多点信息量保护相比，不需要额外的通信系统，具有明显的经济性。(3)采用希尔伯特-黄变换算法处理后判据特征量在故障前后变化量增大，且能与非故障线路可靠区分，灵敏度高。而且调整m的数值，可以调整灵敏度。m值越大，灵敏度越高。(4)该保护判据和检测算法能适用于含分布式电源的配电线路，灵活性好，且不受中性点运行方式的影响。附图说明图1为简化的考虑分布式电源的10kV配电系统结构图；图2为分布式电源输出功率；图3为本专利技术断线故障选线流程图；图4为含分布式电源的10kV配电网仿真模型；图5(a)为故障线路L1负序电流波形；图5(b)非故障线路L2负序电流波形；图6(a)为负序电流IMF2的瞬时幅值；图6(b)为故障前和故障后负序电流的SIMF。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术进行详细说明：含分布式电源的10kV配电线路单相断线故障可用附图1的简化系统表示。SDG为分布式等效电源，因逆变型分布式电源(IIDG)应用最为广泛，IIDG在并网运行时一般采用电流型PQ控制方式，SDG可等效成一个受控电流源，并通过馈线接入到线路中。以故障相作为分析对象，利用边界条件，得出发生单相断线故障后的复合序网，可看作断线前的负荷状态和断线后的故障附加状态的叠加；根据基尔霍夫电压电流定律，列出故障附加状态下保护安装处各序电压和各序电流方程，将其与故障前保护安装处各序电压电流进行叠加即可计算出故障发生后的序电压和序电流由序电压和序电流，可算出保护安装处的相电压与相电流由理论推导结果可得，线路发生单相断线故障后，保护安装处的负序电流和正序电流都产生了变化，且大小相等，方向相反。故障后的负序电流和正序电流由两部分组成，主电源提供的序电流以及分布式电源在故障后输出的故障序电流。前者与负荷性质有关，后者与分布式电源的容量大小、控制策略以及接入位置有关。故障相相电流变为零，两非故障相的相大小相等，方向相反。保护安装处各序电压和各相电压大小方向不变。配电网在实际运行时一般带综合性负荷，因此在分布式电源的容量大小以及接入位置确定的情况下，分布式电源的输出电流主要与控制策略有关。本专利技术针对PQ控制方式，单相断线故障后，并网点电压将出现负序分量。系统变为三相不对称系统，而由于负序分量的存在，分布式电源输出的有功功率和无功功率将产生二倍频波动，导致双闭环控制中电压环输出的d轴电流指令以两倍工频振荡，PI控制器无法对正弦量进行无误差跟踪，在故障发生后无法达到稳态，如附图2所示。发生故障后，分布式电源输出有功功率和无功功率的振荡将导致保护安装处的相电流和序电流也发生振荡，且比故障前的幅值增大许多。由于相电流和正序电流在故障前已存在一定数值，而负序电流在故障前基本为零，变化量更大，因此可以选取负序电流作为单相断线保护判据。直接比较故障发生前后的负序电流来识别故障线路，灵敏度有时不够高。因此本专利技术采用数字处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，其特征是，包括：(1)假设变电站母线共带有n条馈线，采集各馈线出口处的三相相电流，计算出各馈线的负序电流；(2)将计算得到的各馈线的负序电流的幅值与负序整定值进行比较，当负序电流的幅值大于负序整定值时启动步骤(3)；否则，返回步骤(1)；(3)对各馈线的负序电流进行EMD分解，得到各阶本征模态分量IMF；并计算各阶本征模态分量IMF对应的瞬时幅值波形；(4)以故障发生时刻为基准，分别计算各馈线设定阶数的本征模态分量IMF在故障前与故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和以及所述瞬时幅值之和的变化量；(5)根据各馈线在故障前、故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和的变化量的大小判断出断线故障线路。

【技术特征摘要】
1.一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，其特征是，包括：(1)假设变电站母线共带有n条馈线，采集各馈线出口处的三相相电流，计算出各馈线的负序电流；(2)将计算得到的各馈线的负序电流的幅值与负序整定值进行比较，当负序电流的幅值大于负序整定值时启动步骤(3)；否则，返回步骤(1)；(3)对各馈线的负序电流进行EMD分解，得到各阶本征模态分量IMF；并计算各阶本征模态分量IMF对应的瞬时幅值波形；(4)以故障发生时刻为基准，分别计算各馈线设定阶数的本征模态分量IMF在故障前与故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和以及所述瞬时幅值之和的变化量；(5)根据各馈线在故障前、故障后设定周期以后各m个周波的瞬时幅值之和的变化量的大小判断出断线故障线路。2.如权利要求1所述的一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，其特征是，所述步骤(2)中，负序整定值根据躲过其他馈线单相断线故障时本馈线上产生的负序电流进行整定。3.如权利要求2所述的一种含分布式电源配电网单相断线故障选线方法，其特征是，所述负序整定值I2.set...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖希凤，张慧芬，王士新，郭瑶，黄坛坛，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37