一种交直流混合配电网的故障检测方法、装置及设备与流程

1.本技术涉及配电网技术领域，特别是涉及一种交直流混合配电网的故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着电力电子技术和可再生能源等技术的飞速发展，人们对供电可靠性的要求逐步提高，配电网形态发生了很大变化。突出表现在，大规模的分布式电源通过交流或直接方式接入配电网；用户侧需求中直流负荷的比例逐步提高；各种储能在配电网大量应用，提高配电网调节能力。交直流配电网作为一种新的配电网形态，分布式电源、储能以及直流充电桩等新型直流负荷的大规模接入对传统配电方式产生冲击，传统的交流配电网的分析方案或直流配电网的分析方案已不再适应新型配电网。
3.如何分析交直流两侧的故障暂态特性，设计适用的保护方法，是本领域技术人员所需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种交直流混合配电网的故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质，用于实现对交直流混合配电网的保护配置和整定，并进行准确快速的故障检出。
5.为解决上述技术问题，本技术提供一种交直流混合配电网的故障检测方法，包括：
6.预先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构构建交直流混合配电网典型结构拓扑，分别对预设故障位置进行故障仿真分析，得到所述预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性；
7.当所述目标交直流混合配电网中的目标保护装置的电压采样值满足所在侧的故障分析启动判据时，确定所在侧为故障侧；
8.获取所述故障侧的各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到对应的故障频域阻抗；
9.根据所述故障侧的各所述保护装置的故障频域阻抗、所述故障侧的暂态阻抗特性和所述故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和所述目标保护装置处的故障方向；
10.根据所述目标保护装置处的故障方向以及所述目标保护装置所在位置，确定故障位置检测结果；
11.输出所述故障类型检测结果和所述故障位置检测结果；
12.其中，所述预设故障位置具体包括交流馈线、交流母线、交流分支线、直流馈线、直流母线和直流分支线。
13.可选的，所述预设故障类型包括交流侧相间故障和直流侧双极故障。
14.可选的，交流侧的所述故障分析启动判据为：
15.|δuk(t)|＝|uk(t)-u(t-t)|＞ε1；
16.其中，uk(t)为t时刻所述交流侧第k相的所述电压采样值，u(t-t)为t-t时刻所述交流侧，δuk(t)为t时刻所述交流侧第k相的电压差值，t为交流电压周期，ε1为交流故障门槛值；
17.直流侧的所述故障分析启动判据为：
18.|δu(n)|＝|u(n)-u(n-1)|＞ε2；
19.其中，u(n)为第n个直流侧极间电压采样信号，u(n-1)为第n-1个直流侧极间电压采样信号，δu(n)为所述第n个直流侧极间电压采样信号与所述第n-1个直流侧极间电压采样信号的差值，ε2为直流故障门槛值。
20.可选的，当所述故障侧为交流侧时，所述根据所述故障侧的各所述保护装置的故障频域阻抗、所述故障侧的暂态阻抗特性和所述故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和所述目标保护装置处的故障方向，具体包括：
21.判断所述电压采样值中是否包含零模电压分量；
22.如果是，则确定所述故障类型检测结果为接地故障；
23.如果否，则确定所述故障类型检测结果为相间故障；
24.采用将各相暂态电压减去零模电压的方式进行故障相判别，得到故障相；
25.将所述故障侧各所述保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定所述目标保护装置处的故障方向。
26.可选的，当所述故障侧为直流侧时，所述根据所述故障侧的各所述保护装置的故障频域阻抗、所述故障侧的暂态阻抗特性和所述故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和所述目标保护装置处的故障方向，具体为：
27.将所述故障侧各所述保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定所述目标保护装置处的故障方向。
28.可选的，所述将所述故障侧各所述保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定所述目标保护装置处的故障方向，具体为：
29.当所述目标保护装置的故障频域阻抗与其他所述保护装置的故障频域阻抗满足下述所述故障方向识别判据时，确定所述目标保护装置处的故障方向为正向故障，否则为反向故障；
30.所述故障方向识别判据具体为：
[0031][0032]
其中，为所述目标保护装置的故障频域阻抗，为所述故障侧的各所述保护装置的故障频域阻抗中的最小值，为所述故障侧的各所述保护装置的故障频域阻抗，ka、kb为可靠系数，θa为所述目标保护装置预设的辅助判断方向门槛值。
[0033]
可选的，所述获取所述故障侧的各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计
算得到对应的故障频域阻抗，具体包括：
[0034]
采集故障时刻数据，选取故障前后预设时长的数据为数据窗；
[0035]
对所述暂态电压信号和所述暂态电流信号进行快速傅里叶变换，提取特征频段的电压、电流后，根据电压、电流和阻抗的关系得到对应的所述故障频域阻抗。
[0036]
为解决上述技术问题，本技术还提供一种交直流混合配电网的故障检测装置，包括：
[0037]
仿真单元，用于预先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构构建交直流混合配电网典型结构拓扑，分别对预设故障位置进行故障仿真分析，得到所述预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性；
[0038]
监测单元，用于当所述目标交直流混合配电网中的目标保护装置的电压采样值满足所在侧的故障分析启动判据时，确定所在侧为故障侧；
[0039]
采集单元，用于获取所述故障侧的各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到对应的故障频域阻抗；
[0040]
故障类型检测单元，用于根据所述故障侧的各所述保护装置的故障频域阻抗、所述故障侧的暂态阻抗特性和所述故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和所述目标保护装置处的故障方向；
[0041]
第一识别单元，用于根据所述目标保护装置处的故障方向以及所述目标保护装置所在位置，确定故障位置检测结果；
[0042]
第二识别单元，用于根据所述故障侧各所述保护装置处的故障方向，确定故障位置检测结果；
[0043]
输出单元，用于输出所述故障类型检测结果和所述故障位置检测结果；
[0044]
其中，所述预设故障位置具体包括交流馈线、交流母线、交流分支线、直流馈线、直流母线和直流分支线。
[0045]
为解决上述技术问题，本技术还提供一种交直流混合配电网的故障检测设备，包括：
[0046]
存储器，用于存储计算机程序；
[0047]
处理器，用于执行所述计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述任意一项所述交直流混合配电网的故障检测方法的步骤。
[0048]
为解决上述技术问题，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述交直流混合配电网的故障检测方法的步骤。
[0049]
本技术所提供的交直流混合配电网的故障检测方法，通过预先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构构建交直流混合配电网典型结构拓扑，分别对预设故障位置进行故障仿真分析，得到预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性，当检测到目标保护装置处的故障信号时，获取故障侧各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到故障频域阻抗，并根据故障频域阻抗、故障侧的暂态阻抗特性和故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和目标保护装置处的故障方向，进而根据目标保护装置处的故障方向确定故障位置检测结果，最后输出检测结果，构建了基于频域阻抗的保护方案，以及保护整定的原则，解决了现有的检测分析手段难以保证交直流混合配电网故障检测的准确
性和快速性的问题。
[0050]
本技术还提供一种交直流混合配电网的故障检测装置、设备及计算机可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
[0051]
为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052]
图1为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网的故障检测方法的流程图；
[0053]
图2为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网典型结构拓扑的示意图；
[0054]
图3为图2所示交直流混合配电网典型结构拓扑的一种故障分布示意图；
[0055]
图4为图2所示交直流混合配电网典型结构拓扑的一种交流侧故障网络图；
[0056]
图5为图2所示交直流混合配电网典型结构拓扑的一种直流侧故障网络图；
[0057]
图6为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网的故障检测装置的结构示意图；
[0058]
图7为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网的故障检测设备的结构示意图。
具体实施方式
[0059]
本技术的核心是提供一种交直流混合配电网的故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质，用于实现对交直流混合配电网的保护配置和整定，并进行准确快速的故障检出。
[0060]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0061]
实施例一
[0062]
图1为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网的故障检测方法的流程图；图2为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网典型结构拓扑的示意图；图3为图2所示交直流混合配电网典型结构拓扑的一种故障分布示意图；图4为图2所示交直流混合配电网典型结构拓扑的一种交流侧故障网络图；图5为图2所示交直流混合配电网典型结构拓扑的一种直流侧故障网络图。
[0063]
如图1所示，本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测方法包括：
[0064]
s101：预先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构构建交直流混合配电网典型结构拓扑，分别对预设故障位置进行故障仿真分析，得到预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性。
[0065]
s102：当目标交直流混合配电网中的目标保护装置的电压采样值满足所在侧的故障分析启动判据时，确定所在侧为故障侧。
[0066]
s103：获取故障侧的各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到对应的故障频域阻抗。
[0067]
s104：根据故障侧的各保护装置的故障频域阻抗、故障侧的暂态阻抗特性和故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和目标保护装置处的故障方向。
[0068]
s105：根据目标保护装置处的故障方向以及目标保护装置所在位置，确定故障位置检测结果。
[0069]
s106：输出故障类型检测结果和故障位置检测结果。
[0070]
其中，预设故障位置具体包括交流馈线、交流母线、交流分支线、直流馈线、直流母线和直流分支线。
[0071]
在具体实施中，对于s101，为解决对交直流混合配电网的故障检出，通过分别研究其交直流两侧的暂态阻抗特性，构建基于频域阻抗的保护方案，以及保护整定的原则。首先根据待监测的目标交直流混合配电网的拓扑结构，构建交直流混合配电网典型结构拓扑，且其中需要考虑分布式电源(包括储能设备、双馈风机、光伏电站等)与直流负荷的接入，可以得到如图2所示的交直流混合配电网典型结构拓扑。在图2的一段直流侧中，从左到右分别为直流馈线l56(设有保护装置a56)、直流母线b5、直流分支线l55(设有保护装置a55)、直流馈线l54(设有保护装置a54)、直流馈线l45(设有保护装置a45)、直流母线b5、直流馈线l43(设有保护装置a43)，经过dc-ac转换，交流侧包括交流馈线l34(设有保护装置a34)、交流母线b3、交流馈线l32(设有保护装置a32)、交流馈线l23(设有保护装置a23)、交流母线b2、交流分支线l22(设有保护装置a22)、交流馈线l21(设有保护装置a21)、交流馈线l12(设有保护装置a12)、交流母线b1。
[0072]
在对交直流混合配电网典型结构拓扑进行故障仿真分析之前，先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构确定需分析的故障类型。在交流配电网中，故障类型通常包括接地故障和相间故障两大类。在直流配电网中，故障类型通常包括单极故障、双极故障两大类。
[0073]
在本技术实施例提供的一种应用实例中，在目标交直流混合配电网中，为了便于一侧发生故障时另一侧可以向负荷供电，采用双电源的供电模式，有两路电源为下级负荷提供电源，能够实现合环运行需求，接线接地方式交流侧采用ynd接线，直流侧采用三角形接线，这导致零序分量隔离在两侧的传输。而接线方式交流侧采用中性点经消弧线圈接地，直流侧采用伪双极接线方式，相比于单级接线方式提高了供电可靠性。目标交直流混合配电网中的换流站侧采用直流侧经钳位大电阻接地方式，这种接地方式影响了直流配网单极故障的故障特性。当发生直流配电网单极接地故障时，该接地方式导致故障电流不存在通路，mmc桥臂子模块电容不存在放电现象，正负极间电压保持稳定，稳态故障电流非常小。但是单极接地故障改变了直流配网的零电位点，故障极线路因存在接地点使得其极对地电压降为零，非故障极线路的极对地电压升高为原先电压的两倍。在系统绝缘水平较高的情况下，单极接地故障后直流配电系统仍可保证一定时间的继续运行。因此，在本技术实施例中，预设故障类型包括交流侧相间故障和直流侧双极故障，即主要对交流侧相间故障和直流侧双极故障进行仿真分析，得到对应的故障暂态特性，并对此提出保护方法。而直流侧单机故障可以通过低电压判据，根据需要决定单极故障的故障隔离策略。
[0074]
在交直流混合配电网典型结构拓扑上，分别对交流馈线、交流母线、交流分支线、直流馈线、直流母线和直流分支线进行故障仿真分析。下面以图3，设置12个故障点的情况
进行说明，直流侧和交流侧分别设置6个故障点，分别研究交流侧相间故障的暂态阻抗特性和直流侧双极故障的暂态阻抗特性。以便基于故障分析的频域阻抗设计低压配电保护配置方案以及保护整定的原则。
[0075]
如图3所示，在对交流侧相间故障进行故障仿真时，分别设置了交流馈线故障点f7、f9、f12，交流母线故障点f8、10，交流分支线故障点f11。图4为图3交流侧部分的展开，交流侧故障网络图如图4所示。
[0076]
当故障位于交流馈线l23、交流母线b3、交流分支线l22、交流馈线l34时，保护装置a32、a34的阻抗均为：
[0077]z′
32
＝z
′
34
＝|z
34
+z
′
eq
|；
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0078]
其中，z
′
eq
为换流器的交流侧频域阻抗，z
′
32
、z
′
34
分别为保护装置a32、a34的阻抗，z
34
为交流馈线l34的阻抗。
[0079]
式(1)表明，当交流母线仅为两条进出线时，交流母线所连的某一进出线发生正向故障，这条线的保护装置与另一条进出线的测量阻抗相等，数值上取决于该保护装置的等效阻抗。
[0080]
当故障位于交流馈线l23、交流母线b2、交流馈线l12时，此时交流母线连接了三条进出线，在这种情况下，故障线路的保护装置所测阻抗为相邻线所测阻抗的最小值，数值上同样取决于保护装置的等效阻抗。
[0081]
当故障位于交流母线b2时，保护装置a32、a34的阻抗分别为：
[0082][0083]
其中，z
23
为交流馈线l23的阻抗，z
22
为交流分支线l22的阻抗，z
eq-1
为节点2所连负荷的阻抗，z
eq-21
为交流分支线与交流母线之间所连负荷的阻抗。
[0084]
当故障位于交流馈线l12时，保护装置a32、a34的阻抗均为：
[0085]z′
32
＝z
′
34
＝|z
23
+z
eq-21
//(z
22
+z
eq-1
)|；
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0086]
式(3)表明，当交流母线仅连接两条进出线时，交流母线所连的某一进出线故障，该故障线所测的阻抗等于所在线保护装置的等效阻抗。
[0087]
同样的，当交流母线连有三条及以上的进出线时，如果其中的某一条线发生反向故障，那么该故障线所测阻抗等于此条线保护装置的等效阻抗；如果是母线发生故障，那么其所连所有线的阻抗都等于本线路的等效阻抗。
[0088]
如图3所示，对直流侧双极故障进行故障仿真时，分别设置了典型直流馈线故障点f1、f3、f6，直流母线故障点f2、f4，直流分支线故障点f5。图5为图3直流侧部分的展开，直流侧故障网络图如图5所示。
[0089]
当故障位于直流馈线l45、直流母线b5、直流分支线l55、直流馈线l56时，保护装置a45、a43的阻抗均为：
[0090]
z'
45
＝z'
43
＝|2z
43
+j2ωlh+z
″
eq
|；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0091]
其中，lh为阻流电抗器的电感，z
″
eq
为换流器的直流侧频域阻抗，z'
45
、z'
43
分别为保护装置a45、a43的阻抗，z
43
为直流馈线l43的阻抗。
[0092]
式(4)表明，直流母线仅连接两条进出线时，当直流母线所连的某一进出线发生故障，这条线的保护装置测量阻抗等同于另一条进出线的测量阻抗，其数值取决于该保护装置的等效阻抗。
[0093]
当故障位于直流馈线l45、直流母线b5、直流馈线l43时，此时直流母线连接了三条进出线，在这种情况下，故障线的阻抗值为相邻进出线测量阻抗中的最小值，数值上同样取决于该保护装置的等效阻抗。
[0094]
当故障位于直流母线b4时，保护装置a45、a43的阻抗分别为：
[0095][0096]
其中，z
55
、z
45
分别为直流分支线l55的阻抗、直流馈线l45的阻抗，z
eq-56
为保护装置a56的等效阻抗，z
eq-d
为直流固态变压器的等效阻抗。
[0097]
当故障位于直流馈线l43且属于反向故障时，保护装置a45、a43的阻抗均为：
[0098]
z'
45
＝z'
43
＝|2z
45
+(2z
55
+z
eq-d
)//z
eq-56
|；(6)
[0099]
式(6)表明，直流母线仅连接两条进出线时，直流母线所连某一进出线发生反向故障，该故障线所测的阻抗等于所在线保护装置的正向等效阻抗，如果是直流母线发生了故障，那么两条线路的测量阻抗均等同于本线路的正向等效阻抗。
[0100]
同样的，当直流母线连有三条及以上的进出线时，如果其中的某一条线发生反向故障，那么该故障线所测阻抗等于此条线保护装置的正向等效阻抗；如果是直流母线发生故障，那么其所连的所有线阻抗都等于本线路的正向等效阻抗。
[0101]
综上可以看到，无论是直流侧还是交流侧，如果与母线相连的进出线只有两条，正向故障时，故障线路保护装置所测阻抗与另条线相等；反向故障时，故障线路保护装置所测阻抗等于所在线保护装置的正向等效阻抗。
[0102]
对于s102，设置基于频域阻抗的交直流混合配电网的保护方案，分别针对交流侧和直流侧设置故障分析启动判据。当某个保护装置的电压采样值满足故障分析启动判据时，确定该保护装置为目标保护装置，所在侧为故障侧，此时需要进一步确定故障类型和故障具体位置。
[0103]
以图2所示的目标交直流配电网为例，当故障侧为交流测时，则基于暂态电压突变情况构建交流侧启动判据；当故障侧为直流侧时，由于短路故障可以通过暂态电压突变量进行检测，则基于极间电压突变情况构建直流侧启动判据。
[0104]
对于s103，基于s101中故障仿真分析得到的预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性，求解正反向故障时各保护装置的测量阻抗在相应特征频域内的理论值，将保护装置内所测得的暂态电压信号和暂态电流信号进行快速傅里叶变换提取对应的暂态信号高频信息。
[0105]
同时，为了避免处理信号时产生的频谱畸变现象，采用窗函数对信号进行截断，减少采样信号的时域截断边界对结果的影响。
[0106]
则s103：获取故障侧的各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到对应的故障频域阻抗，具体可以包括：
[0107]
采集故障时刻数据，选取故障前后预设时长的数据为数据窗；
[0108]
对暂态电压信号和暂态电流信号进行快速傅里叶变换，提取特征频段的电压、电流后，根据电压、电流和阻抗的关系得到对应的故障频域阻抗。
[0109]
具体地，对时域暂态电压、电流信号加汉明(hamming)窗后再进行快速傅里叶变换，提取特征频段的电压、电流后，根据电压、电流和阻抗的关系来得到对应的故障频域阻抗，并进行相应的故障识别。
[0110]
对于s104，由于交直流两侧检测的是不同类型的故障，因此，需采取不同的保护方案，分别对交流侧和直流侧的保护方法进行分，得到故障类型检测结果，并根据故障侧各保护装置对应的故障频域阻抗值确定目标保护装置处的故障方向。
[0111]
对于s105，在确定目标保护装置处的故障方向后，即可根据目标保护装置所在位置，以及预先设定的方向定义(即预先定义的配电网的方向)来确定故障的具体位置。具体来说，当目标保护装置处的故障方向与预先定义的配电网的方向一致时记为正向故障，并确定故障位置在目标保护装置的正方向上，若不一致则故障位置在目标保护装置的反方向上。
[0112]
对于s106，输出故障类型检测结果和故障位置检测结果，以提示监控人员启动运维工作。同时，可以根据故障位置检测结果，控制对应位置的断路器执行跳闸保护。
[0113]
本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测方法，通过预先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构构建交直流混合配电网典型结构拓扑，分别对预设故障位置进行故障仿真分析，得到预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性，当检测到目标保护装置处的故障信号时，获取故障侧各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到故障频域阻抗，并根据故障频域阻抗、故障侧的暂态阻抗特性和故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和目标保护装置处的故障方向，进而根据目标保护装置处的故障方向确定故障位置检测结果，最后输出检测结果，构建了基于频域阻抗的保护方案，以及保护整定的原则，解决了现有的检测分析手段难以保证交直流混合配电网故障检测的准确性和快速性的问题。
[0114]
实施例二
[0115]
在上述实施例的基础上，本技术实施例进一步对交流侧故障分析方案进行说明。
[0116]
基于交流侧故障分析，设计基于频域阻抗的交直流配电网交流侧保护方案。当确定满足交流侧的故障分析启动判据的目标保护装置时，可以选取故障前后10ms为数据窗来截取故障数据。其次，通过零模电压判断是否发生接地故障。根据故障暂态电压信息进行故障选相，进而判断出故障的类型，并由故障类型求解故障频域阻抗值；判断目标保护装置处的故障方向，发出跳闸信号。
[0117]
在本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测方法中，交流侧的故障分析启动判据具体可以为：
[0118]
|δuk(t)|＝|uk(t)-u(t-t)|＞ε1；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0119]
其中，uk(t)为t时刻交流侧第k相的电压采样值，u(t-t)为t-t时刻交流侧，δuk(t)为t时刻交流侧第k相的电压差值，t为交流电压周期，ε1为交流故障门槛值。
[0120]
在本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测方法中，当故障侧为交流侧时，s104：根据故障侧的各保护装置的故障频域阻抗、故障侧的暂态阻抗特性和故障侧对应
的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和目标保护装置处的故障方向，具体可以包括：
[0121]
判断电压采样值中是否包含零模电压分量；
[0122]
如果是，则确定故障类型检测结果为接地故障；
[0123]
如果否，则确定故障类型检测结果为相间故障；
[0124]
采用将各相暂态电压减去零模电压的方式进行故障相判别，得到故障相；
[0125]
将故障侧各所述保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定目标保护装置处的故障方向。
[0126]
其中，通过电压采样值是否存在零模电压分量来判断是否为接地故障，零模电压分量计算式和接地判据为：
[0127][0128]
其中，u0(t)为零模电压，δua(t)为a相暂态电压，δub(t)为b相暂态电压，δuc(t)为c相暂态电压，s0为零模电压分量的积分平均值，l为数据窗长度，s
ε
为整定门槛值。
[0129]
为了提高灵敏度，将各相暂态电压减去零模电压的方式进行故障相判别，故障相识别判据为：
[0130][0131]
其中，s
max
＝max{sa,sb,sc}，s
max
为交流侧三相电压中的最大电压值，sa为修正的a相电压的积分平均值，sb为修正的b相电压的积分平均值，sc为修正的c相电压的积分平均值，sk为修正的k相积分平均值，当sk大于整定门槛值s
ε
且大于0.85倍最大值电压时，则认为该k相为故障相，否则为非故障相。
[0132]
综上所述，结合故障频域阻抗值，可以判别故障为单相接地故障、两相接地故障还是相间短路故障，而后进行故障方向判断。
[0133]
发生正向故障时，所测阻抗为保护装置等效阻抗，将阻抗的幅值作为判定，构建直流侧的故障方向识别判据为：
[0134][0135]
其中，为目标保护装置的故障频域阻抗，为故障侧各保护装置的故障频域阻抗中的最小值，为故障侧的各保护装置的故障频域阻抗，ka、kb为可靠系数(可以分别取值0.7和1.3)，θa为目标保护装置设定的辅助判断方向门槛值。
[0136]
则s104中将故障侧各所述保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定目标保护装置处的故障方向，具体为：当目标保护装置的故障频域阻抗与故障侧的其他保护装置的故障频域阻抗满足上述故障方向识别判据时，确定目标保护装置处的故障方向为正向故障，否则为反向故障。
[0137]
通过判断频域测量阻抗的大小，当频域测量阻抗满足式(10)时，则认定此时发生的故障类型为正向故障，否则为反向故障。
[0138]
实施例三
[0139]
在上述实施例的基础上，本技术实施例进一步对直流侧故障分析方案进行说明。
[0140]
基于直流侧故障分析，设计基于频域阻抗的交直流配电网直流侧保护方案。首先，根据极间电压突变情况来设置启动判据，当确定满足条件的目标保护装置时，判定直流侧出现了故障，对故障时刻参数采集，并依据窗函数截断信号，可以选取故障前后2ms为数据窗来截取故障数据，通过快速傅里叶变换得到故障频域阻抗值；其次，根据阻抗的幅值判断故障方向，最后，结合阻抗值判断故障具体位置，发出跳闸信号，通过断路器断开故障线路。
[0141]
在本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测方法中，直流侧的故障分析启动判据具体可以为：
[0142]
|δu(n)|＝|u(n)-u(n-1)|＞ε2；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0143]
其中，u(n)为第n个直流侧极间电压采样信号，u(n-1)为第n-1个直流侧极间电压采样信号，δu(n)为第n个直流侧极间电压采样信号与第n-1个直流侧极间电压采样信号的差值，ε2为直流故障门槛值。
[0144]
当检测到直流侧故障后，仅需判断目标保护装置处的故障方向即可，则在本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测方法中，s104：根据故障侧的各保护装置的故障频域阻抗、故障侧的暂态阻抗特性和故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和目标保护装置处的故障方向，具体为：将故障侧各保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定目标保护装置处的故障方向。
[0145]
发生正向故障时，所测阻抗为保护装置等效阻抗，将阻抗的幅值作为判定，构建直流侧的故障方向识别判据为：
[0146]
故障方向识别判据具体为：
[0147]
[0148]
其中，为目标保护装置的故障频域阻抗，为故障侧各保护装置的故障频域阻抗中的最小值，为故障侧的各保护装置的故障频域阻抗，ka、kb为可靠系数(可以分别取值0.7和1.3)，θa为目标保护装置设定的辅助判断方向门槛值。
[0149]
则s104中将故障侧各所述保护装置的故障频域阻抗代入故障方向识别判据，确定目标保护装置处的故障方向，具体为：当目标保护装置的故障频域阻抗与故障侧的其他保护装置的故障频域阻抗满足上述故障方向识别判据时，确定目标保护装置处的故障方向为正向故障，否则为反向故障。
[0150]
通过判断频域测量阻抗的大小，当频域测量阻抗满足式(12)时，则认定此时发生的故障类型为正向故障，否则为反向故障。
[0151]
上文详述了交直流混合配电网的故障检测方法对应的各个实施例，在此基础上，本技术还公开了与上述方法对应的交直流混合配电网的故障检测装置、设备及计算机可读存储介质。
[0152]
实施例四
[0153]
图6为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网的故障检测装置的结构示意图。
[0154]
如图6所示，本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测装置包括：
[0155]
仿真单元601，用于预先根据目标交直流混合配电网的拓扑结构构建交直流混合配电网典型结构拓扑，分别对预设故障位置进行故障仿真分析，得到预设故障位置的预设故障类型对应的暂态阻抗特性；
[0156]
监测单元602，用于当目标交直流混合配电网中的目标保护装置的电压采样值满足所在侧的故障分析启动判据时，确定所在侧为故障侧；
[0157]
采集单元603，用于获取故障侧的各保护装置的暂态电压信号和暂态电流信号，计算得到对应的故障频域阻抗；
[0158]
故障类型检测单元604，用于根据故障侧的各保护装置的故障频域阻抗、故障侧的暂态阻抗特性和故障侧对应的故障检出规则，分析得到故障类型检测结果和目标保护装置处的故障方向；
[0159]
第一识别单元605，用于根据目标保护装置处的故障方向以及目标保护装置所在位置，确定故障位置检测结果；
[0160]
第二识别单元606，用于根据故障侧各保护装置处的故障方向，确定故障位置检测结果；
[0161]
输出单元607，用于输出故障类型检测结果和故障位置检测结果；
[0162]
其中，预设故障位置具体包括交流馈线、交流母线、交流分支线、直流馈线、直流母线和直流分支线。
[0163]
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
[0164]
实施例五
[0165]
图7为本技术实施例提供的一种交直流混合配电网的故障检测设备的结构示意图。
[0166]
如图7所示，本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测设备包括：
[0167]
存储器710，用于存储计算机程序711；
[0168]
处理器720，用于执行计算机程序711，该计算机程序711被处理器720执行时实现如上述任意一项实施例所述交直流混合配电网的故障检测方法的步骤。
[0169]
其中，处理器720可以包括一个或多个处理核心，比如3核心处理器、8核心处理器等。处理器720可以采用数字信号处理dsp(digital signal processing)、现场可编程门阵列fpga(field－programmable gate array)、可编程逻辑阵列pla(programmable logic array)中的至少一种硬件形式来实现。处理器720也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器cpu(central processing unit)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器720可以集成有图像处理器gpu(graphics processing unit)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器720还可以包括人工智能ai(artificial intelligence)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
[0170]
存储器710可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器710还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器710至少用于存储以下计算机程序711，其中，该计算机程序711被处理器720加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的交直流混合配电网的故障检测方法中的相关步骤。另外，存储器710所存储的资源还可以包括操作系统712和数据713等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统712可以为windows。数据713可以包括但不限于上述方法所涉及到的数据。
[0171]
在一些实施例中，交直流混合配电网的故障检测设备还可包括有显示屏730、电源740、通信接口750、输入输出接口760、传感器770以及通信总线780。
[0172]
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构并不构成对交直流混合配电网的故障检测设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
[0173]
本技术实施例提供的交直流混合配电网的故障检测设备，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如上所述的交直流混合配电网的故障检测方法，效果同上。
[0174]
实施例六
[0175]
需要说明的是，以上所描述的装置、设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0176]
另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0177]
集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
[0178]
为此，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如交直流混合配电网的故障检测方法的步骤。
[0179]
该计算机可读存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器rom(read-only memory)、随机存取存储器ram(random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0180]
本实施例中提供的计算机可读存储介质所包含的计算机程序能够在被处理器执行时实现如上所述的交直流混合配电网的故障检测方法的步骤，效果同上。
[0181]
以上对本技术所提供的一种交直流混合配电网的故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
[0182]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。