一种直流配电网单极接地故障区段定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直流配电网单极接地故障区段定位方法及系统，通过MMC附加控制策略协同投入谐振支路注入电流探测信号，然后，基于延时级差原则设置负荷开关/断路器的动作顺序，基于单端信息完成故障区段的定位和隔离。区段定位方法避免了安装附加装置，具有灵敏度高、无需双端通信的特点。无需双端通信的特点。无需双端通信的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种直流配电网单极接地故障区段定位方法及系统


[0001]本专利技术属于配电网故障区段定位
，具体涉及一种直流配电网单极接地故障区段定位方法及系统。

技术介绍

[0002]直流配电网凭借其便于可再生能源并网、电能质量更好、供电半径更长、传输损耗更小的优势成为配电网领域的研究热点。多年的理论研究和工程实践表明，基于全桥MMC的双端直流配电网是一种理想的拓扑结构。
[0003]为保证供电可靠性，我国大部分
±
10kV直流配电网试点工程采用对称单极结构和交流侧中性点小电流接地方式，在这种情况下，由于单极接地故障特征微弱，为故障的检测和区段定位带来了挑战。
[0004]现有的单极接地故障检测方法可分为被动检测法和主动注入法。被动检测法基于系统的响应特性，有研究根据故障暂态信息计算线路的零模阻抗或转移电荷来定位故障区段；有研究基于具有特殊线路边界的故障暂态信息定位故障区段；交流配电网的被动检测法基于故障暂态信息或故障稳态信息识别故障。对于直流配电网，由于系统惯性常数较小，故障暂态信息持续时间太短，因此基于故障暂态信息的被动检测法保护原理可靠性较低。然而，对于单极接地故障，直流配电网缺乏故障稳态信息，因此基于故障稳态信息的被动检测法保护原理灵敏度较低。
[0005]主动注入法利用附加注入装置或对既有设备施加附加控制策略向电网注入探测信号。注入的信号为保护引入了新的故障信息，可以提高保护的灵敏度。同时，注入信号的持续时间可控，可以提高保护原理的可靠性。有研究提出安装主动附加注入装置，在故障后向电网注入探测信号，从而增强故障特征，提高故障区段定位性能。但这一方法需要许多附加注入装置，增加了电网的成本。而且，要同时满足金属故障和高阻故障的检测要求，注入装置的参数很难确定。有研究提出利用电力电子换流器和储能设备限制整个配电系统正常运行时电流的最大变化率，进而通过检测电流变化率的异常来识别故障。然而，该方案降低了电力电子换流器的调节速度，增加了系统运行成本，而且无法识别发展性故障。有研究采用换流器附加控制策略向电网注入脉冲，然后基于行波理论进行故障区段定位。采用既有设备的附加控制策略来注入信号的主动注入法，由于不需要附加注入装置，因而更具应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种直流配电网单极接地故障区段定位方法及系统，通过MMC附加控制策略协同投入谐振支路注入电流探测信号，然后，基于延时级差原则设置负荷开关/断路器的动作顺序，基于单端信息完成故障区段的定位和隔离。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种直流配电网单极接地故障区段定位方法，包括以下步骤：
[0009]S1、利用直流正负极电压不平衡判据启动对MMC的附加控制，同时闭合中性点并联谐振支路的投切开关，实现探测信号的注入；
[0010]S2、步骤S1附加控制启动延时Δt后，各段线路上的测点分别采集各段线路首端和末端的正负极电流；
[0011]S3、采用n阶带通滤波器对步骤S2测量的各段线路首端和末端的正负极电流进行滤波，将各段线路首端和末端MMC预设的注入探测信号特征频率作为中心频率，得到滤波后各段线路首端和末端的正负极电流；
[0012]S4、采用快速傅里叶分解方法对步骤S3经过滤波后各段线路首端和末端的正负极电流进行处理，提取对应特征频率下的电流相量，解耦得到对应特征频率下的零模电流相量幅值；
[0013]S5、利用步骤S4获得的零模电流相量幅值结合延时级差配合策略定位故障区段，当对应测点处的零模电流相量幅值大于保护判据门槛值时，激活延时程序；如果不满足保护判据则延时清零，持续延时时间Δt
k
后断开故障线路两端对应处的负荷开关/断路器；
[0014]S6、在步骤S5启动时间T后，各测点跳闸指令自动返回，实现故障区段的定位和故障隔离。
[0015]具体的，步骤S1中，直流正负极电压不平衡判据具体为：
[0016][0017]其中，u
P
、u
N
分别为对应测点处正、负极直流母线对地电压幅值，为直流额定电压。
[0018]具体的，步骤S1中，MMC的附加控制函数为：
[0019][0020]其中，u
ctrl
为注入探测信号，k
inj
为探测信号注入系数，ω
ctrl
为注入探测信号的角频率，t为时间，为注入探测信号的初相位。
[0021]具体的，步骤S1中，探测信号的频率f
det
为：
[0022][0023]其中，T
MMC
为计及MMC控制特性的响应时间常数，f
line
(l
line
)为计及线路长度和对地阻抗支路影响的线路特征频率约束条件，N为自然数。
[0024]具体的，步骤S1中，探测信号的幅值为：
[0025][0026]其中，为直流额定电流，为定电流控制模式下探测信号幅值，为额定电压，为高阻故障时定电压控制下的探测信号幅值。
[0027]具体的，步骤S1中，探测信号注入时长T为：
[0028]T＝(k+2)Δt
[0029]其中，k为线路区段的测点总数，Δt为附加控制策略启动延时。
[0030]具体的，步骤S2中，附加控制启动延时Δt为：
[0031]Δt＝t
CB
+t
se
+t
cal
+t0[0032]其中，t
CB
为负荷开关/断路器的动作时间，t
se
为信号提取时间，t
cal
为保护判据的计算时间，t0为固有延时。
[0033]具体的，步骤S5中，延时时间Δt
k
为：
[0034]Δt
k
＝kΔt
[0035]其中，k为线路区段的测点总数，Δt为附加控制策略启动延时。
[0036]具体的，步骤S5中，保护判据门槛值设置为k
set
＝0.5％。
[0037]第二方面，本专利技术实施例提供了一种直流配电网单极接地故障区段定位系统，包括：
[0038]注入模块，利用直流正负极电压不平衡判据启动对MMC的附加控制，同时闭合中性点并联谐振支路的投切开关，实现探测信号的注入；
[0039]测量模块，注入模块附加控制启动延时Δt后，各段线路上的测点分别采集各段线路首端和末端的正负极电流；
[0040]滤波模块，采用n阶带通滤波器对测量模块测量的各段线路首端和末端的正负极电流进行滤波，将各段线路首端和末端MMC预设的注入探测信号特征频率作为中心频率，得到滤波后各段线路首端和末端的正负极电流；
[0041]提取模块，采用快速傅里叶分解方法对滤波模块滤波后各段线路首端和末端的正负极电流进行处理，提取对应特征频率下的电流相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流配电网单极接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用直流正负极电压不平衡判据启动对MMC的附加控制，同时闭合中性点并联谐振支路的投切开关，实现探测信号的注入；S2、步骤S1附加控制启动延时Δt后，各段线路上的测点分别采集各段线路首端和末端的正负极电流；S3、采用n阶带通滤波器对步骤S2测量的各段线路首端和末端的正负极电流进行滤波，将各段线路首端和末端MMC预设的注入探测信号特征频率作为中心频率，得到滤波后各段线路首端和末端的正负极电流；S4、采用快速傅里叶分解方法对步骤S3经过滤波后各段线路首端和末端的正负极电流进行处理，提取对应特征频率下的电流相量，解耦得到对应特征频率下的零模电流相量幅值；S5、利用步骤S4获得的零模电流相量幅值结合延时级差配合策略定位故障区段，当对应测点处的零模电流相量幅值大于保护判据门槛值时，激活延时程序；如果不满足保护判据则延时清零，持续延时时间Δt
k
后断开故障线路两端对应处的负荷开关/断路器；S6、在步骤S5启动时间T后，各测点的跳闸指令自动返回，实现故障区段的定位和故障隔离。2.根据权利要求1所述的直流配电网单极接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤S1中，直流正负极电压不平衡判据具体为：其中，u
P
、u
N
分别为对应测点处正、负极直流母线对地电压幅值，为直流额定电压。3.根据权利要求1所述的直流配电网单极接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤S1中，MMC的附加控制函数为：其中，u
ctrl
为注入探测信号，k
inj
为探测信号注入系数，ω
ctrl
为注入探测信号的角频率，t为时间，为注入探测信号的初相位。4.根据权利要求1所述的直流配电网单极接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤S1中，探测信号的频率f
det
为：其中，T
MMC
为计及MMC控制特性的响应时间常数，f
line
(l
line
)为计及线路长度和对地阻抗支路影响的线路特征频率约束条件，N为自然数。5.根据权利要求1所述的直流配电网单极接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤S1中，探测信号的幅值为：其中，为直流额定电流，为定电流控制模式下探测信号幅值，为额定电压，
为高阻故...

【专利技术属性】
技术研发人员：常仲学，徐瑞东，宋国兵，杨佳怡，侯俊杰，常娜娜，常鹏，关宏，杨心刚，刘琦，杜洋，周德生，孙沛，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：