一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法，包括以下步骤：低压直流系统配置保护在检测到发生故障后动作，VSC换流器及电压平衡器中IGBT全部关断，系统两侧直流断路器动作切断故障线路，故障线路功率传输中止；根据故障类型控制测距装置对端电压平衡器中IGBT的通断；测距装置投入，根据故障类型判断测距装置投入的状态，测距装置包括串联的两个极性可自由切换的直流电源，根据不同开关的闭合实现电源极性的切换；不同故障情况通过对测距装置以及电压平衡器的控制形成不同的测距回路；测距。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法
本专利技术属于低压直流系统故障测距领域。
技术介绍
近年来，在电力电子器件技术优势的驱动下，直流供电技术得到了长足的发展。相较于传统交流供电系统，低压直流供电系统传输能力强，损耗小，电能质量高。同时，低压直流系统控制灵活，不需要考虑同步与稳定性问题，有利于分布式电源的接入。基于以上优势，低压直流系统已经成为配电网未来发展的趋势。尤其是基于电压平衡器的对称单极供电系统由于结构简单，不受负荷不平衡影响等特点广泛应用于低压直流供电系统中。为了保证低压直流系统的安全稳定运行，必须在线路发生短路故障后，快速准确的进行故障定位。因此，研究适用于低压直流系统的故障测距方法对提高直流供电的可靠性具有重要意义目前国内外学者在对低压直流系统故障测距领域的方法已经开展了大量的研究工作。现有的直流配电系统测距方法根据是否需要通信可以分为单端测距和双端测距。改进R-L测距法对传统的R-L模型算法变量获取方式进行了优化，提出了适用于直流配电系统的单端量测距方法，减少了一定的计算误差，提高了数值稳定性。但未考虑过渡电阻影响，具有一定的局限性。主动注入法利用差动保护监测故障，在断路器动作后利用探针功率元件主动注入信号来进行故障定位，为直流测距提供了新的思路。范数分析法通过从传统R-L理论入手，通过引入基于多项式差值的数据预估，通过对1范数的分析找到预估误差干扰很小的测量时刻，有效的弥补了单端测距所需数据量不足的缺陷。总体而言，传统单端量测距方法由于受到过渡电阻影响以及对端量的缺失无法做到精准测距，具有一定的局限性。基于双端信息的测距方法可以有效克服单端量测距方法的缺陷。双端电容测量法通过采集故障情况下直流配电网两端出口侧电容的变化，有效的消除了过渡电阻的影响。然而，基于通信的测距方法会显著增加低压配电系统的建设成本，同时也会由于时钟不同步导致数据偏差，甚至出现通信失败的情况。因此，研究可靠精准的单端测距方法是仍是电网稳定运行亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要针对在低压直流系统故障测距领域中，由于过渡电阻和对端量缺失的影响，无法实现仅依靠单端数据实现精准故障定位的问题，提出了一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法。技术方案如下：一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法，包括以下步骤：1)低压直流系统配置保护在检测到发生故障后动作，VSC换流器及电压平衡器中IGBT全部关断，系统两侧直流断路器动作切断故障线路，故障线路功率传输中止。2)根据故障类型控制测距装置对端电压平衡器中IGBT的通断，如果判断发生正负极间故障，维持IGBT关断状态不变；电压平衡器正极续流二极管因承受反压而关断，测距电流通过负极续流二极管形成测距回路，如果判断发生单极-中线短路故障，控制非故障极IGBT导通；3)测距装置投入，根据故障类型判断测距装置投入的状态，所述测距装置包括串联的两个极性可自由切换的直流电源，根据不同开关的闭合实现电源极性的切换；如果判断正负极间短路故障，测距装置两直流电源负极相连串入故障线路中，如果判断发生单极-中线短路故障，测距装置两直流电源正负极首尾相连接入故障线路中；4)不同故障情况通过对测距装置以及电压平衡器的控制形成不同的测距回路，利用基尔霍夫定律求解测距回路，分别得到正负极间故障以及单极-中线短路故障的故障距离及过渡电阻表达式：正负极间故障时，故障距离l以及过渡电阻Rf表达式分别为：正极-短路接地故障时，故障距离l以及过渡电阻Rf表达式分别为：负极-中线短路故障时，故障距离l以及过渡电阻Rf表达式分别为：上述公式中，R1为线路全长阻抗，L表示线路全长，x表示从测距装置到故障点距离占线路全长的比例，U1和U2表示测距装置直流电源，I1和I2分别为系统稳态后正、负极线路上流过的电流；5)待测距回路到达稳态后，通过电力互感器采集测距装置端正负极电流数据，将采集到的电流数据通过移动平均降噪法进行降噪处理；6)根据故障选极结果得到不同故障类型，将降噪处理后的电流带入相对应故障类型故障距离表达式，得到故障距离l以及过渡电阻Rf大小。本专利技术提出的基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法，在故障后通过对电压平衡器内部器件的控制，构成基本的测距回路。随后投入离线测距装置，仅利用本地电流量即可求解故障距离以及过渡电阻，实现精准定位。定位所需数据在直流稳态下测得，无需考虑直流线路电容电感影响，仅需本地信息即可弥补传统单端测距信息量不足的缺陷，实现无原理性误差测距。本专利技术相较现有技术有以下优点：1、该专利技术方法简单，利用直流稳态数据进行测距计算，无需考虑电容电感影响，仅利用单端量即可实现了无原理性误差测距。测距精度高，抗过渡电阻能力强，同时可以有效抵抗噪声的干扰。2、该专利技术方法测距模块成本低，方便实现。测距模块可重复投入，在工程上有一定应用价值。3、该专利技术方法不仅适用于双端供电系统，由于电压平衡器可以分布式布局在系统各点，因此该方法同样适用于环形或放射状拓扑结构供电系统。附图说明图1为低压直流系统示意图。图2为极间短路故障测距回路示意图。图3为正极-中线短路故障测距回路示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。1、低压直流系统配置保护在检测到发生故障后迅速动作，VSC换流器及电压平衡器中IGBT全部关断，系统两侧直流断路器动作切断故障线路，故障线路功率传输中止。如图1所示，两侧AC/DC换流器后加装电压平衡器构成对称单极的供电形式。测距装置安装在任意一侧的线路始端，正常状态下测距装置不投入。在故障发生后，测距过程按照时间的先后顺序可分为故障控制环节与测距环节。系统在检测到故障发生后，马上进入故障控制环节。首先系统本地配置的保护动作，直流断路器CB1、CB2切断线路，功率传输终止。2、根据故障类型控制测距装置对端电压平衡器中IGBT的通断。如发生正负极间故障，维持IGBT关断状态不变。电压平衡器正极续流二极管因承受反压而关断，测距电流通过负极续流二极管形成测距回路。如发生单极-中线短路故障，控制非故障极IGBT导通。3、根据故障类型判断测距装置开关投入的组合。如果是正负极间短路故障，测距装置投入状态1。当发生单极-中线短路故障时，投入状态2。直流故障测距模块拓扑结构如图1中所示，测距装置由两个相同的直流电源以及开关S0-S4构成。根据开关闭合方式的不同，直流测距模块可以分为：退出状态、接入状态1和接入状态2。当S0闭合，S1-S4断开时，此时为测距装置退出状态；当S0断开，S1接A点，S2/S3接O点，S4接D点时，为接入状态1；当S0断开，S1接A点，S2/S4接O点，S3接C点，为接入状态2。电网正常运行时，测距装置工作在退出状态，直流配电网进行正常的功率传输。在故障发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法，包括以下步骤：/n1)低压直流系统配置保护在检测到发生故障后动作，VSC换流器及电压平衡器中IGBT全部关断，系统两侧直流断路器动作切断故障线路，故障线路功率传输中止。/n2)根据故障类型控制测距装置对端电压平衡器中IGBT的通断，如果判断发生正负极间故障，维持IGBT关断状态不变；电压平衡器正极续流二极管因承受反压而关断，测距电流通过负极续流二极管形成测距回路，如果判断发生单极-中线短路故障，控制非故障极IGBT导通；/n3)测距装置投入，根据故障类型判断测距装置投入的状态，所述测距装置包括串联的两个极性可自由切换的直流电源，根据不同开关的闭合实现电源极性的切换；如果判断正负极间短路故障，测距装置两直流电源负极相连串入故障线路中，如果判断发生单极-中线短路故障，测距装置两直流电源正负极首尾相连接入故障线路中；/n4)不同故障情况通过对测距装置以及电压平衡器的控制形成不同的测距回路，利用基尔霍夫定律求解测距回路，分别得到正负极间故障以及单极-中线短路故障的故障距离及过渡电阻表达式：/n5)待测距回路到达稳态后，通过电力互感器采集测距装置端正负极电流数据，将采集到的电流数据通过移动平均降噪法进行降噪处理；/n6)根据故障选极结果得到不同故障类型，将降噪处理后的电流带入相对应故障类型故障距离表达式，得到故障距离以及过渡电阻大小。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电压平衡器的低压直流系统单端故障测距方法，包括以下步骤：
1)低压直流系统配置保护在检测到发生故障后动作，VSC换流器及电压平衡器中IGBT全部关断，系统两侧直流断路器动作切断故障线路，故障线路功率传输中止。
2)根据故障类型控制测距装置对端电压平衡器中IGBT的通断，如果判断发生正负极间故障，维持IGBT关断状态不变；电压平衡器正极续流二极管因承受反压而关断，测距电流通过负极续流二极管形成测距回路，如果判断发生单极-中线短路故障，控制非故障极IGBT导通；
3)测距装置投入，根据故障类型判断测距装置投入的状态，所述测距装置包括串联的两个极性可自由切换的直流电源，根据不同开关的闭合实现电源极性的切换；如果判断正负极间短路故障，测距装置两直流电源负极相连串入故障线路中，如果判断发生单极-中线短路故障，测距装置两直流电源正负极首尾相连接入故障线路中；
4)不同故障情况通过对测距装置以及电压平衡器的控制形成不同的测距回路，利用基尔霍夫定律求解测距回路，分别得到正负极间...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛士敏，李飞雄，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12