本发明专利技术公开了一种单端直流配电线路单极接地故障测距方法，属高压直流配电技术领域。目的是针对负荷所在馈线发生单极接地短路时，能够快速且精确的定位并测距。主要方案是在正负极馈线首端各装设一个测距模块对故障馈线进行测距，利用两个测距模块分别测量得到的电流波形进行最小二乘法拟合，得到各自相应的参数，并将其带入理论故障测量距离公式计算。该方法不仅解决了传统测距方法测量结果不精准并且对于较长线路不具有兼容性这一缺陷，而且改进了测量精确度，可以使得故障精确定位到40m范围内，具有显著的优越性，通过在MATLAB/PSCAD上搭建基于模块化多电平电流变换器（MMC）的单端直流配电网仿真模型，验证了该测距方法的可靠性以及显著的优越性。距方法的可靠性以及显著的优越性。距方法的可靠性以及显著的优越性。
A single pole grounding fault location method for single ended DC distribution lines
【技术实现步骤摘要】
一种单端直流配电线路单极接地故障测距方法
[0001]本专利技术属于高压直流配电
，具体是一种单端直流配电线路单极接地故障测距方法。主要适用于负荷所在馈线发生单极接地短路时，能够快速且精确的定位并测距。
技术介绍
[0002]高压直流配电具有传输距离长、线路造价低、单极传输功率大、控制性能好等特点,是目前各发达国家作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。随着中国电力工业的飞速发展,输送电容量的进一步扩大,各系统之间联系越来越紧密,直流配电工程将在中国的电网建设中发挥重要的作用。
[0003]我国直流输配电技术仍处于发展阶段，如何实现快速进行故障检测和故障测距是限制其发展的关键技术问题之一。有数据表明，直流配电系统发生大部分的故障，一般都是发生在线路上，尤其是单极接地故障以及极间短路故障。直流配电线路包括瞬时性故障和永久性故障，对于瞬时性故障可以依靠继电保护装置进行处理，但是一旦发生永久性故障，需要电力系统运行维护人员到达故障点检查问题并解决故障，从而能够重新恢复供电。高压直流配电线路一般配电距离远,沿途地形和天气变化大,这使得线路故障的查找变得异常困难;直流线路大多作为各电网之间的互联线或者承担超大功率的配电任务,直流线路的故障对电力系统运行和工农业生产有着非常大的影响,大力发展直流配电线路故障测距技术具有十分重要的意义。以前的配电线路发生故障都是需要人工巡线员进行检查排除，由于很多的配电走廊的环境恶劣，地形复杂，给巡线带来了巨大的难度。在巡线人员不能快速找到故障位置的情况下，新型直流配电线路故障测距技术成为国内外电力系统部门研究的热门课题。
[0004]随着新能源的大量接入，直流输配电系统能够减少换流设备使用，比使用交流设备更具有实用性与经济性。近年来全控型电力电子设备发展迅速，尤其是模块化多电平换流器构成的柔性直流配电技术(ModularMultilevelConverter,HighVoltageDirectCurrent，MMCHVDC)可以快速独立调节有功功率与无功功率，便于分布式电源并网等优势。然而，当柔性直流配电线路发生故障时，不仅会影响功率的正常输送，还会造成换流设备的损坏，甚至会造成系统的停运，快速检测出柔直配电线路故障尤为重要。故障检测隔离技术、测距技术是柔性直配电发展的关键技术，需要依靠故障测距技术完成精确测距，从而及时修复线路，恢复系统正常运行。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种单端直流配电线路单极接地故障测距方法，解决传统的注入法对于负荷所在馈线发生故障难以精确定位故障距离的问题。该方法不仅克服了单一注入法测距的缺陷，并且成功的将其运用到单端直流配电网馈线故障测距当中，显著的提高了测量精确度。
[0006]本专利技术是以如下技术方案实现的：一种单端直流配电线路单极接地故障测距方
法，在正负极馈线首端各装设一个测距模块对故障馈线进行测距，利用两个测距模块分别测量得到的电流波形进行最小二乘法拟合，得到各自相应的参数，并将其带入理论故障测量距离公式，得到理论故障距离值。
[0007]进一步，所述的测距模块由电感、电容、直流电源和开关组成，通过调整其电容、电感的大小，使测距模块与故障线路构成欠阻尼振荡的二阶放电电路，利用非线性最小二乘拟合确定放电电流衰减的振荡频率和衰减系数，通过引入双端信息量改进了传统注入法中的故障测距算法，得出以线路总长、测距模块电感和电容值为参数的故障距离计算公式，消除直流线路电感和电阻对故障定位的影响。
[0008]联列求解得到的故障距离的计算公式为：联立双端测量得到的参数可以消除线路电感、电阻参数，得到用线路总长L表示的故障距离表达式为：式中：为直流配电网线路总长；和分别为回路的阻尼振荡频率和衰减常数。
[0009]和已有技术比较，本专利技术的有益效果是，该方法不仅解决了传统测距方法测量结果不精准并且对于较长线路不具有兼容性这一缺陷，而且提高了测量精确度，可以使得故障精确定位到40m范围内，具有显著的优越性，通过在MATLAB/PSCAD上搭建基于模块化多电平电流变换器（MMC）的单端直流配电网仿真模型，验证了该测距方法的可靠性以及显著的优越性。
附图说明
[0010]图1是馈线测距模块示意图。
[0011]图2是单极接地故障左侧电流通图图3是单极接地故障时的等效电路图图4是电流放电波形示意图图5是1测距模块放电电流波形图图6是2测距模块的放电电流波形图图7是不考虑分布电容时1端测距模块放电电流的拟合结果图8是不考虑分布电容时2端测距模块放电电流的拟合结果图9是考虑分布电容时1端测距模块放电电流波形图10是考虑分布电容时2端测距模块放电电流波形图11是考虑分布电容时1端测距模块放电电流的拟合结果图12是考虑分布电容时2端测距模块放电电流的拟合结果。
具体实施方式
[0012]为方便本领域技术人员对本专利技术技术方案的理解，下面结合附图和实施方式对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0013]本实施例中，馈线测距模块结构如图1所示。具体方法步骤如下：（1）将故障馈线正负极馈线首端装设好上述测距模块，按照下列要求将各两端测距模块进行投入或者切出。
[0014]为测距模电容；为测距模块电感；，，，为单刀三掷开关。正常运行时，断路器开关闭合，测距模块的单刀三掷开关分别连接到端和端，此时直流电源与电容接通保持电容电压。
[0015]假设正极发生单极接地故障，首先断路器断开，延迟0.5s后开关连接到端，开关连接到端，将测距模块投入到故障线路。延迟0.5 s是为了避免断路器开断时所产生的暂态电流对故障测距过程造成影响。1 s后开关，复原，重新与直流电源相连给电容充电，为下一次故障测距做准备。1.5s后2端测距模块投入测量，其操作与1端测距模块投入时的操作相同。两端测距模块投入的时间差为0.5s，以避免一端测距模块的电流对另一端故障测距造成影响。
[0016]（2）利用RLC充放电路推算放电电流公式假设图1中的正极线路发生单机接地故障，这时由于直流线路的对地电容较小，对测距精度影响较小，因此可以将其等效为电阻
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电感模型，故而单极接地故障的电流通路和等效电路分别如图2和图3所示。
[0017]图1中为直流线路的单位长度电感，为直流线路的单位长度电阻，为过渡电阻，为故障点距测距模块的距离。
[0018]参照图3，测距模块工作时，图3中开关闭合，开关断开，此时回路有电流流通，分别考虑其中电感、电容的电压电流关系列写回路方程，得到关于放电电流的二阶微分方程，即式中：为时间；为回路电流；和分别为回路的总电阻和总电感。
[0019]调整测距模块中电感和电容参数，使图3中的电路满足欠阻尼震荡条件，求解式（1）得到放电电流表达式为：式中：为系数；和分别为回路的阻尼振荡频率和衰减常数。
[0020]（3）提取线路电流并对电流数据进行非线性最小二乘拟合，得到放电电流表达式中的相关参数，并据此计算出故障距离。
[0021]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单端直流配电线路单极接地故障测距方法，其特征在于，在正负极馈线首端各装设一个测距模块对故障馈线进行测距，利用两个测距模块分别测量得到的电流波形进行最小二乘法拟合，得到各自相应的参数，并将其带入理论故障测量距离公式，得到理论故障距离值。2.根据权利要求1所述的一种单端直流配电线路单极接地故障测距方法，其特征在于，所述的测距模块由电感、电容、直流电源和开关组成，通过调整其电容、电感的大小，使测距模块与故障线路构成欠阻尼振荡的二阶放电电路，利用非线性最小二乘拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，岳德臣，陶刚，陶杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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