基于电流谐波量的直流配电线路双端故障测距方法与流程

本发明涉及的是一种电力系统继电保护和故障测距领域的技术，具体是一种基于电流谐波量的直流配电线路双端故障测距方法。

背景技术：

现有的直流配电网故障定位技术往往利用故障暂态波的频谱进行故障测距和保护方案的实现。含电力电子电子变压器的直流配电网的研究还处于起步阶段，作为含电力电子变压器的直流配电网故障测距的重要基础——电力电子变压器的故障特性的研究则更少。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于电流谐波量的直流配电线路双端故障测距方法，本发明利用从两端换流器出口分别计算到故障点过渡电阻上电压相同的特点，得到故障距离与系统参数及谐波电流间的函数关系，从而实现故障测距，测距精度不受系统运行方式，故障类型，故障点过渡电阻的影响，能够在多种故障情形下均能较为精准地实现故障测距，在不对称的系统参数下仍具有较高的测距精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明在含电力电子变压器的直流配电网的故障特性分析的基础上进行故障测距，首先将故障阶段进行划分，并在故障的第一阶段即rlc谐振阶段对从录波装置记录的故障暂态电流进行衰减直流分量的消除以及故障高频成分的提取；然后利用从换流器出口两端分别计算到线路故障点过渡电阻上电压相同的特性，推导出故障距离与系统参数及谐波电流间的函数关系，从而实现故障测距。

所述的故障阶段是指：当直流配电网故障发生时，电力电子变压器自行闭锁出现的rlc谐振阶段，录波装置记录故障极电流的暂态电流数据，正极故障电流记为ip，负极故障电流记为in，数据窗长度选取为4ms；通过计算对测量到的两极电流进行比较判断得到故障类型。

所述的判断是指：ki＝ip/in，当ki≈1，则故障为极间短路故障，反之为单极接地故障。

所述的rlc谐振阶段，即当直流线路发生单极接地故障和极间短路故障时都存在rlc谐振阶段的暂态放电阶段，rlc谐振阶段的暂态电流含有多个谐波量。

所述的故障暂态电流是指：单极接地故障时故障极电流，极间短路时故障极电流取为正极电流：1端故障极电流记为i1，2端故障极电流记为i2。

所述的衰减直流分量，采用但不限于差分滤波滤除。

所述的故障高频成分，采用全周傅氏算法将暂态电流分解为250hz分量及其倍频分量，最高分解为3倍频。

所述的故障距离与系统参数及谐波电流间的函数关系是指：将故障高频成分中的第k次(k＝1、2、3)谐波应用于单极接地故障或极间故障时的rl线路模型，计算出该次谐波下的测距结果，最后计算所有谐波下的测距结果的平均值即为最终测距结果，其中：

rl线路模型包括：

单极接地故障时的测距公式：

极间故障时的测距公式：

其中：cdab1和cdab2为直流配电线路两端电力电子变压器dab直流出口处双极稳压电容，r0和l0分别为直流配电线路单位电阻值和电感值，f为故障点，rf为故障点过渡电阻，s为线路全长，s为故障点距离1端dab出口的距离，设定电流存在频率同为f，角频率为ω的某次谐波分量。

所述的最终测距结果是指：依次以250hz、500hz、750hz三个电流谐波量下分别计算测距结果，经过算术平均后作为最终测距结果。

技术效果

与现有技术相比，本发明仅利用暂态电流量，原理简单且鲁棒性较好，受过渡电阻、运行参数以及故障类型的影响较小，此外本发明采用双端故障测距，可以消除单端测距时可能出现的过渡电阻带来的影响，故障距离函数是一次函数，具有唯一精确解，避免了传统测距方法可能存在的伪根问题，同时具有较高的测距精度。

附图说明

图1为本发明对应的中压直流配电线路故障示意图；

图2为直流配电线路两种故障的等效电路图；

图中：a为单极接地故障的等值电路图，b为极间短路故障的等值电路图；

图3为基于故障极电流谐波量的双端故障测距方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种10kv直流配电线路模型，线路全长10km。

本实施例具体检测过程如下：

步骤1)考虑到换流器出口有大电容，配电线路分布电容较小，且在高频分量下的容抗也很小，因此忽略线路的分布电容。利用pscad搭建rl线路模型，对其进行仿真。

步骤2)以1端dab模块出口为参考点，在单极接地故障仿真中，在相同过渡电阻下，分别设置故障距离为0.5km、3km、5km进行故障测距仿真验证。考虑到实际运行中，极间短路故障的最大过渡电阻一般不超过50ω，因此在实施例1的极间短路故障仿真中，过渡电阻最大值为50ω。单极接地故障和极间短路故障的测距结果示于表1和表2。

表1单极接地故障测距结果

表2极间短路故障测距结果

为验证本发明在不同系统参数下的测距有效性，将上述实施例所搭建的直流配电网在5ω过渡电阻下的直流线路极间故障作为研究对象。考虑三种常见参数差异化影响因素，设置以下三种两侧系统不对称参数情形以模拟实际运行情况：

情况1)两侧dab出口电容不同

设置1端dab模块出口总计算电容为2000μf，2端dab模块出口总计算电容为1000μf，其他参数设置保持不变，其测距结果表4中的情形1。

情况2)两侧dab出口电感不同

设置1端dab模块出口单极电感为2mh，2端dab模块出口单极电感为1mh，其他参数设置保持不变，其测距结果表4中的情形2。

情况3)两侧dab出口电容电感均不同

设置1端dab模块出口总计算电容为1000μf，出口单极电感为2mh；2端dab模块出口总计算电容2000μf，出口单极电感为1mh，其测距结果表4中的情形3。

在相同过渡电阻下，分别设置故障距离为0.5km、3km、5km、7km、9.5km进行故障测距仿真验证。三种系统不对称参数情形下的测距结果列于表3。

表3不同系统参数下的测距结果

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。