一种柔性直流配电线路波速度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种柔性直流配电线路波速度测量方法及系统，包括以下步骤：S1、换流器启动，通过阶梯调节出口母线直流电压产生电压行波；S2、记录换流器的出口母线测量点和沿线各个测量点检测行波到达的时刻；S3、根据测量点间的物理间隔以及各个测量点行波到达的时刻计算得出任意前后两个测量点之间的波速度；S4、通过检测多次电压行波，计算出相应的波速度，取多次计算结果的平均值作为最终结果。本发明专利技术解决了传统方法中根据线路参数计算波速度不准确的问题，实现了在线对柔性直流配电线路的波速度测定，提升了需要波速度信息的行波故障测距精度。故障测距精度。故障测距精度。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流配电线路波速度测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及柔性直流配电领域，尤其涉及一种柔性直流配电线路波速度测量方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，柔性直流配电网正逐渐成为未来配电网形态的重要选择，其具备电能质量好、线路损耗小、易于控制等优势，并且能够友好接入光伏、风机以及储能等分布式电源。在配电系统中，配电线路承担着输送电能的重要责任，因此线路的运行可靠性直接影响着电力系统的供电可靠性。当配电线路发生故障后，需要利用行波法进行准确的故障定位，以求迅速找到故障，恢复供电。当利用行波法时，明确线路的波速度是故障定位的前提条件，波速度的准确性影响着故障定位的准确性，最终影响恢复供电的时间长短。
[0003]目前，对于波速度的测定，通常是对照厂家提供参数表，将线路的电感和电容参数带入波速度计算公式得出结果。实际上，电感和电容只是对线路的一种近似等效，这种方法存在一定的误差。另一方面，按计算公式确定波速度的办法是理论的，与现场运行线路的实际波速度之间将会存在误差。因此，需要结合柔性直流配电网的特点，研究一种能够在该场景下准确测定线路实际波速度的方法，从源头上提升行波法故障定位的准确度。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0005]本专利技术的技术方案为:一种柔性直流配电线路波速度测量方法，包括以下步骤：
[0006]S1、换流器启动，通过阶梯调节出口母线直流电压产生电压行波；
[0007]S2、记录换流器的出口母线测量点和沿线各个测量点检测行波到达的时刻；
[0008]S3、根据测量点间的物理间隔以及各个测量点行波到达的时刻计算得出任意前后两个测量点之间的波速度；
[0009]S4、通过检测多次电压行波，计算出相应的波速度，取多次计算结果的平均值作为最终结果。
[0010]所述换流器包括三个相互并联的相单元，每个相单元由2N个子模块串联而成，
[0011]其中，N个子模块形成上桥臂、其余N个子模块形成下桥臂，子模块包括可控制导通和关断的IGBT管、反并联的二极管以及子模块电容；
[0012]通过控制各个相单元中子模块电容的投入或切除，实现对换流器出口母线直流电压的控制。
[0013]步骤S1中，阶梯调节时，分多次投入等额数量的子模块电容，直至调节直流电压至额定电压。
[0014]步骤S1包括：
[0015]S11、确定常数m，确保m能够被额定电压U
dc
对应的每一相上、下桥臂中子模块数量
之和N整除；
[0016]m表示换流器启动过程中调节每一相上、下桥臂子模块数量之和N
c
的次数，每调节一次，将新投入N/m个子模块，产生一次幅值为U
dc
/m的阶跃电压行波，直至调节m次过后，N
c
＝N；
[0017]S12、启动前，对换流器中所有子模块进行预充电，充电完成后切除所有子模块，子模块投入数量为0，即N
c
＝0，用i表明调节N
c
的次数，置i＝1；
[0018]S13、启动时，调节N
c
，使N
c
＝N
c
+N/m，使出口母线直流电压幅值上升U
dc
/m，将启动过程中产生的电压阶跃行波记为f(i),i＝1,2,...m。
[0019]步骤S2包括：
[0020]S21、以换流器出口母线为坐标原点，记录线路上各个测量点的坐标x1,x2...x
r
；
[0021]S22、记录下第i次调节N
c
后，阶跃电压行波f(i)到达换流器出口母线的时间t0(i)以及到达线路上r个测量点的时刻t1(i),t2(i),...,t
r
(i)。
[0022]步骤S3中，
[0023]根据换流器出口母线为坐标原点x0＝0，已知各个测量点的坐标，又测得行波到达各测量点的时刻，则线路上任意前后两个测量点p，p+1之间的波速度为：
[0024][0025]步骤S4中，
[0026]经过m次测量行波到达时刻后，通过计算可以得到一系列波速度v
p
(1),v
p
(2),...v
p
(m)，最终取平均值作为p和p+1前后测量点之间线路的波速度，如下式：
[0027][0028]测量点间的物理间隔通过实地测量或者根据厂家提供参数得到。
[0029]一种柔性直流配电线路波速度测量系统，包括：
[0030]调节模块，用于换流器启动，通过阶梯调节出口母线直流电压产生电压行波；
[0031]记录模块，用于记录换流器的出口母线测量点和沿线各个测量点检测行波到达的时刻；
[0032]计算模块，根据测量点间的物理间隔以及各个测量点行波到达的时刻计算得出任意前后两个测量点之间的波速度；
[0033]测量模块，通过检测多次电压行波，计算出相应的波速度，取多次计算结果的平均值作为最终结果。
[0034]本专利技术解决了传统方法中根据线路参数计算波速度不准确的问题，实现了在线对柔性直流配电线路的波速度测定，提升了需要波速度信息的行波故障测距精度。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的流程图，
[0036]图2为柔性直流配电系统的拓扑图，
[0037]图3为换流器的内部结构图，
[0038]图4为实施例中
±
10kV柔性直流配电系统图，
[0039]图5为实施例中u
dc
与N
c
关系图，
[0040]图6为实施例中u
dc
与时间t的关系图。
具体实施方式
[0041]本专利技术如图1所示，一种柔性直流配电线路波速度测量方法，包括以下步骤：
[0042]S1、换流器(即MMC换流器)启动，通过阶梯调节出口母线直流电压产生电压行波；
[0043]S2、记录换流器的出口母线测量点和沿线各个测量点检测行波到达的时刻；
[0044]S3、根据测量点间的物理间隔以及各个测量点行波到达的时刻计算得出任意前后两个测量点之间的波速度；
[0045]S4、通过检测多次电压行波，计算出相应的波速度，取多次计算结果的平均值作为最终结果。
[0046]本专利技术的原理分析如下：
[0047]1.柔性直流配电系统的拓扑
[0048]如图2所示，在柔性直流配电网中，交流电网通过换流变压器连接到MMC换流器，通过换流器转换为直流电。对于配电线路和用电设备而言，换流器近似视作直流电源。从换流器出口母线往后都属于柔性直流配电线路的范围，配电线路上一共有r个测量点，测定每段线路的波速度是本技术方案的目标。
[0049]2.MMC换流器直流侧控制原理
[0050本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流配电线路波速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、换流器启动，通过阶梯调节出口母线直流电压产生电压行波；S2、记录换流器的出口母线测量点和沿线各个测量点检测行波到达的时刻；S3、根据测量点间的物理间隔以及各个测量点行波到达的时刻计算得出任意前后两个测量点之间的波速度；S4、通过检测多次电压行波，计算出相应的波速度，取多次计算结果的平均值作为最终结果。2.根据权利要求1所述的一种柔性直流配电线路波速度测量方法，其特征在于，所述换流器包括三个相互并联的相单元，每个相单元由2N个子模块串联而成，其中，N个子模块形成上桥臂、其余N个子模块形成下桥臂，子模块包括可控制导通和关断的IGBT管、反并联的二极管以及子模块电容；通过控制各个相单元中子模块电容的投入或切除，实现对换流器出口母线直流电压的控制。3.根据权利要求2所述的一种柔性直流配电线路波速度测量方法，其特征在于，步骤S1中，阶梯调节时，分多次投入等额数量的子模块电容，直至调节直流电压至额定电压。4.根据权利要求3所述的一种柔性直流配电线路波速度测量方法，其特征在于，步骤S1包括：S11、确定常数m，确保m能够被额定电压U
dc
对应的每一相上、下桥臂中子模块数量之和N整除；m表示换流器启动过程中调节每一相上、下桥臂子模块数量之和N
c
的次数，每调节一次，将新投入N/m个子模块，产生一次幅值为U
dc
/m的阶跃电压行波，直至调节m次过后，N
c
＝N；S12、启动前，对换流器中所有子模块进行预充电，充电完成后切除所有子模块，子模块投入数量为0，即N
c
＝0，用i表明调节N
c
的次数，置i＝1；S13、启动时，调节N
c
，使N
c
＝N
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠，于翔，詹昕，刘恒门，张宸，施慎行，张开鑫，刘超吾，董新洲，刘钰，
申请(专利权)人：清华大学国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：