[发明专利]一种柔性直流配电网双极短路故障区段识别及测距方法

说明书

本发明公开了一种柔性直流配电网双极短路故障区段识别及测距方法，本文提出利用故障暂态电压变化规律确定故障区段的识别算法和测距电容测距的方法，依据发生双极短路故障时的各区段的暂态电压特征，引入电压偏离系数K，即故障时各分支母线处的实际瞬时电压与系统正常运行电压之间的偏离关系。确定故障发生的区段。对于故障区段的故障定位，在故障区段两端投切故障测距电容，测距电容、线路阻抗与过渡电阻等效为RLC串联电路，求解故障测距方程，从而实现双极短路的故障测距，具有原理简单，同时灵敏度和可靠性高，容易实现的特点。

技术领域

本发明涉及柔性直流配电网故障保护领域，特别是涉及一种柔性直流配电网双极短路故障区段识别方法。

背景技术

基于模块化多电平(modular multilevel converter，MMC)的柔性直流配电网和交流配电网相比，其优势体现在：分布式电源和直流负载与母线的连接更为简便，易于实现电源间的相互协调控制；线路成本和损耗降低；没有交流系统的无功功率平衡和稳定问题，电网的运行可靠性高等优点，而成为目前国内外相关学者的研究重点。柔性直流配电网的故障特征与交流系统故障特征有很大的差异，直流配电网故障后故障电流上升迅速，现有的交流系统保护技术难以适用于直流配电网，为保护直流设备的安全运行，要求发生故障后能快速实现故障的检测、隔离和测距，因此保护技术成为直流配电网发展必需解决的关键技术之一。柔性直流配电网实现准确故障定位的难点主要在于2个方面。一是故障区段的确定。直流配电网的分支可能会含有交直流电源，比如光伏、风电等分布式电源，发生故障后交直流电源会向故障点放电，产生额外的故障电流，这导致各区段故障电流特征复杂，对故障区段的确定造成影响。二是可用的故障数据少。发生故障后直流系统的保护装置动作速度快，导致可用于故障定位的故障数据少，使得故障定位的难度增大。电力系统发生故障后存在一个明显的暂态过程，暂态信号包含比稳态信号更加充分的故障特征，因此利用故障暂态信号对于电力系统的保护具有更高的灵敏性。为解决柔性直流配电网的故障隔离和测距问题，本文提出利用故障暂态电压变化规律确定故障区段的识别算法和测距电容测距的方法。依据发生双极短路故障时的各区段的暂态电压特征，确定故障发生的区段。在直流断路器跳开后，打开故障区段的分段开关，实现故障隔离，保护故障区段其它设备的安全；重新闭合直流断路器，恢复非故障区段的供电，缩小停电范围，达到供电可靠性的目的。对于故障区段的故障定位，在故障区段两端投切故障测距电容，测距电容、线路阻抗与过渡电阻等效为RLC串联电路，求解故障测距方程，从而实现双极短路的故障测距。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性直流配电网双极短路故障区段识别及测距方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种柔性直流配电网双极短路故障区段识别及测距方法，其特征在于，包括以下步骤：依据发生双极短路故障时的各区段的暂态电压特征，确定故障发生的区段，直流线路发生双极短路故障后，故障区段与非故障区段的故障电压特征相似，但极间电压衰减下降的速率不同，故障区段的极间电压下降速率最大，非故障区段的极间电压下降速率与故障点的位置密切相关，即与直流线路的电阻大小有关，距离故障点越近的区段端点，包含的线路电阻越大，极间电压下降速率越大，距离越远，极间电压下降速率越小，为进一步刻画暂态电压与故障点位置的关系，引入电压偏离系数K，即故障时各分支母线处的实际瞬时电压与系统正常运行电压之间的偏离关系。

各区段端点的电压偏离系数的计算方法为：

公式(1)中表示区段端点的采样暂态电压数值，U_dc表示正常运行时的极间电压，n 表示采样点的数目。