一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法技术

本发明专利技术公开了一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法，属于输配电系统故障测距方法技术领域。目的是解决由于直流配电网电压等级较低，易受到噪声干扰，高压直流输电系统中常用的各类基于参数识别的故障测距方法以及传统交流配电网中的故障测距方法具有一定的局限性的问题。本发明专利技术以基于VSC的双端柔性直流配电网为研究基础，通过分析直流侧发生故障的暂态过程，提取VSC直流侧电容暂态放电电压数据，列写包含有故障位置参数和过渡电阻参数的电容放电时域微分方程，通过联立多个方程求解进而快速准确地实现双端柔性直流配电网线路的故障测距。本发明专利技术具有采样数据窗较短；定位精度高；采样频率低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法
本专利技术具体涉及一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法，属于输配电系统故障测距方法

技术介绍
随着分布式电源以及直流负荷的日益增加，源网荷一体化的发展趋势不断加快，传统电力系统也在逐步电力电子化。而伴随电压源型变流器(voltagesourcedconverters，VSC)的迅速发展，直流配电技术已引起国内外广泛关注并在近年投入了部分规模的应用。直流配电网具有供电容量大、线路损耗小、电能质量高、控制灵活、便于接纳分布式电源等优点。然而，当直流配电网中直流线路发生故障时，从电力系统安全性和稳定性的角度出发，必须要迅速找到故障点。因此，故障测距技术对直流配电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。对于柔性直流配电系统而言，一方面，由于其拓扑以及本身的故障特征与交流系统的差异，传统交流电网中基于序分量的各类故障测距法已不再适用；另一方面，由于直流配电网电压等级较低，易受到噪声干扰，高压直流输电系统中常用的各类基于参数识别的故障测距方法也具有一定的局限性。论文：配电网故障测距综述[J].电网技术,2006,30(18):89-93；论文：基于电压序量变化量的超高压混合线路故障测距方法[J].电网技术,2015,39(12):3578-3583；论文：接地极线路短路故障快速识别及故障测距研究[J].电网技术,2015,39(12):3584-3591。上述三篇论文对现有的交流电网中的各种故障测距方法进行了归纳总结，并在混合线路故障测距方向进行了研究。文献developmentandfield-dataevaluationofsingle-endfaultlocatorfortwo-terminalHVDCtransmissionlines-II:algorithmandevaluation[J].IEEETransactionsonPowerApparatusandSystems,1985,104(12):3531-3537。在1985年就提出利用连续2个反射波头之间的时间差对直流输电线路进行故障测距，但其行波波头识别较为困难。论文：双极HVDC输电线路行波故障定位[J].高电压技术,2007，33(7)：124-128。根据故障行波信号的奇异点，结合小波变换，给出了基于小波模极大值的直流输电线路双端行波故障测距方法，但是在低压直流配电系统中该方法受到外界干扰较大，导致行波波头提取不准确从而造成测距误差较大。西安交通大学索南加乐团队在高压直流输电的故障测距领域提出了一些较为新颖的方法，尤其是在论文：利用电流固有频率的VSC-HVDC直流输电线路故障定位[J].中国电机工程学报,2011,.31(28):112-119；论文：基于参数识别原理的VSC-HVDC输电线路单端故障定位[J].电网技术,2012,36(12):94-99；以及论文：利用行波电压分布特征的柔性直流输电线路单端故障定位[J].电力系统自动化,2013,37(15):83-88。三篇论文中从直流线路的频域出发，提出了频域法的直流输电线路故障定位原理，但是上述方法只适用于高压直流线路，对于低压直流配电网中较短的线路来说误差较大。论文：基于注入法的小电流接地系统故障定位新方法[J].电力系统自动化，2004，28(3)：64-66。提出了“直流开路、交流寻踪”的离线故障定位方法，但该方法会受到故障距离估计值和注入信号强度等问题的影响，同时信号的检测问题也尚待解决。论文：一种基于Prony算法的直流配电网电缆故障定位方法[J].电工电能新技术,2015,34(4):25-30。针对直流配电网，提出了一种向故障回路投入一个带初始电压的电容，根据特征频率分析得到故障距离的方法，但是测距时需要附加线路电容，成本较高。论文：直流配电系统保护技术研究综述[J].电网技术,2014,38(4):844-851。提出了基于直流断路器的探针注入法，其核心思路是当直流网络发生故障时，由直流断路器快速动作，确定故障区间，在此之后，在区间内投入探针，由探针对直流网络进行放电，利用探针与直流网络形成的二阶RLC放电电路来确定故障位置。论文：FaultlocationalgorithmbasedoncrosscorrelationmethodforHVDCcablelines[C]//IET9thInt.Conf.Develop.PowerSystemProtection,U.K,2008。提出了基于小波模极大理论的行波故障测距方法。利用小波分析来识别故障行波的波头，根据行波在故障点及母线之间往返1次的时间或利用故障行波到达线路两端的时间差来计算故障位置。论文：直流配电系统保护技术研究综述，提出了基于直流断路器的探针注入法，其核心思路是当直流网络发生故障时，由直流断路器快速动作，确定故障区间，在此之后，在区间内投入探针，由探针对直流网络进行放电，利用探针与直流网络形成的二阶RLC放电电路来确定故障位置。文献论文：FaultlocationalgorithmbasedoncrosscorrelationmethodforHVDCcablelines，提出了基于小波模极大理论的行波故障测距方法。利用小波分析来识别故障行波的波头，根据行波在故障点及母线之间往返1次的时间或利用故障行波到达线路两端的时间差来计算故障位置。行波法要求采样频率较高(200kHz以上)，对硬件的要求也比较高，同时要求相对较长的数据窗长度，其故障测距精度较为准确；但在较低的采样频率下，行波法误差较大。相对行波法而言，注入法对采样频率和硬件的要求相对较低，但是其所需数据窗长度较长，故障测距结果比较精准。
技术实现思路
因此，针对现有技术的上述不足，本专利技术目的是解决由于直流配电网电压等级较低，易受到噪声干扰，高压直流输电系统中常用的各类基于参数识别的故障测距方法也具有一定的局限性的问题。本专利技术提出以基于VSC的双端柔性直流配电网为研究基础，通过分析直流侧发生故障的暂态过程，提取VSC直流侧电容暂态放电电压数据，列写包含有故障位置参数和过渡电阻参数的电容放电时域微分方程，通过联立多个方程求解进而快速准确地实现双端柔性直流配电网线路的故障测距。本专利技术的一个技术方案为：根据VSC直流侧发生单极短路故障的暂态过程，测量直流配电网两端变流器出口侧电容电压，根据公式一计算故障距离x，C1和C2表示两侧变流器出口处的单极稳压电容，L表示线路全长，x表示故障点距离左端变流器出口侧的距离，r0表示线路单位长度电阻，l0表示线路单位长度电感，Rf代表过渡电阻，uC1(t)和uC2(t)分别代表两侧变流器出口处单极稳压电容的电压；i1(t)和i2(t)分别表示电容C1和C2的放电电流，公式一由公式二至公式五推导获得，进一步的，所述方法中直流配电网两端变流器出口侧电容电压数据测量时用GPS时钟进行数据同步，在直流配电网现有的差动保护上配置故障录波器，故障录波器将故障时刻数据信息传输至数据中心，短路故障发生后，根据数据中心所收集的数据，计算故障位置。进一步的，所述方法中直流配电网两端变流器出口侧电容电压测量时数据区段的宽度为1ms，数据宽度内采集20个点，设置采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法，其特征在于，所述方法为当VSC直流侧发生单极短路故障的暂态过程，测量直流配电网两端变流器出口侧电容电压，根据公式一计算故障距离x，

【技术特征摘要】
1.一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法，其特征在于，所述方法为当VSC直流侧发生单极短路故障的暂态过程，测量直流配电网两端变流器出口侧电容电压，根据公式一计算故障距离x，C1和C2表示两侧变流器出口处的单极稳压电容，L表示线路全长，x表示故障点距离左端变流器出口侧的距离，r0表示线路单位长度电阻，l0表示线路单位长度电感，Rf代表过渡电阻，uC1(t)和uC2(t)分别代表两侧变流器出口处单极稳压电容的电压；i1(t)和i2(t)分别表示电容C1和C2的放电电流，公式一由公式二至公式五推导获得，2.如权利要求1所述的利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法，其特征在于，所述方法中直流配电网两端变流器出口侧电容电压数据测量时用GPS时钟进行数据同步，在直流配电网现有的差动保护上配置故障录波器，故障录波器将故障时刻数据信息传输至数据中心，短路故障发生后，根据数据中心所收集的数据，计算故障位置。3.如权利要求1所述的利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法，其特征在于，所述方法中直流配电网两端变流器出口侧电容电压测量时数据区段的宽度为1ms，数据宽度内采集20个点，设置采样率为20kHz。4.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：和敬涵，张明，罗国敏，王小君，李钢，胡兆庆，鲁江，
申请(专利权)人：北京交通大学，南京南瑞继保电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11