一种直流线路故障检测的能量吸收电路及直流线路的故障定位方法与流程

本发明属于中低压直流配电，具体涉及一种直流线路故障检测的能量吸收电路及直流线路的故障定位方法。

背景技术：

1、中低压直流配电结合了电力电子、电力系统、通信原理和自动控制等各方面先进技术，拥有良好的可控性和适应性，运行方式灵活、可应用范围广,对于新型电力系统建设中大规模新能源消纳和电网智能化、数字化建设有着重大作用。

2、然而，直流配电技术的发展也面临着诸如换流器与直流断路器等一次设备的研发、直流故障的快速处理、大规模直流电网暂态仿真等亟待解决的问题。其中直流故障后系统的生存和自愈问题是限制直流配电技术快速发展的瓶颈之一。直流故障发展速度快：直流线路发生故障后，因为直流系统“弱阻尼、低惯性”的特点，各换流站的内的子模块电容将快速放电，故障传播速度快。

3、基于以上研究，如何在直流配电网中实现直流线路故障点的检测定位，成为本领域亟待解决的技术难题。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种直流线路故障检测的能量吸收电路及直流线路的故障定位方法，电路能够吸收故障电路的剩余电能，并能对故障点进行有效、精准的定位。

2、本发明是采用下述技术方案实现的：

3、本发明第一个目的是提供了一种直流线路故障检测的能量吸收电路，设置在直流线路的正极线路和负极线路之间，所述正极线路上设有隔离开关qs1和限流电抗器l1，正、负极线路的远端上分别设有隔离开关qs3和qs4；限流电抗器l1两端设置连接点a和连接点d；所述负极线路上设有隔离开关qs2和限流电抗器l2，限流电抗器l2两端设置连接点b和连接点c；

4、所述连接点b和连接点a之间依次串联连接开关管t2、电容cs、开关管t1，所述开关管t1和电容cs之间设有连接点e，所述开关管t2和电容cs之间设有连接点f；所述连接点e和连接点f之间依次串联连接开关管t3、开关管t4；所述开关管t3到开关管t4之间设有接地点g；所述连接点c和连接点e之间还连接有二极管d6，二极管d6的阳极与连接点c连接，阴极与连接点e连接；而连接点f和连接点d之间还连接有开关管d7，二极管d7的阳极与连接点f连接，阴极与连接点d连接。

5、进一步的，所述开关管t1、t2、t3和t4之间还分别反并联有二极管d1、d2、d3和d4，且每个二极管的阳极均连接对应开关管的发射极，每个二极管的阴极均连接对应开关管的集电极。

6、进一步的，还包括并联在电容cs两端的内部保护模块。

7、进一步的，所述内部保护模块包括串联的开关管t5和电阻r1，且所述开关管t5两端反并联二极管d5，二极管d5的阳极连接开关管t5的发射极，二极管d5的阴极连接开关管t5的集电极。

8、进一步的，所述开关管t1、t2、t3、t4和t5均为绝缘栅双极型晶体管。

9、进一步的，采用以上任一所述的直流线路故障检测的能量吸收电路，检测直流线路的双极短路故障和单极接地故障，单极接地故障包括正极接地故障和负极接地故障；

10、所述定位方法包括：

11、闭合隔离开关qs1、qs2、qs3和qs4，同时断开开关管t1、t2、t3和t4均断开，电容cs持续充电，直流线路正常工作；

12、判断直流线路故障类型，根据故障类型控制隔离开关qs1、qs2、qs3和qs4的闭合与断开，形成不同的充电回路；

13、根据故障类型以及对应的充电回路，控制开关管t1、t2、t3和/或t4的通断，获得电容cs发送的对应故障类型的正弦高频电流；

14、根据所述正弦高频电流和故障定位公式，定位直流线路的故障位置。

15、进一步的，所述故障定位公式为：

16、

17、式中，l为故障点距离检测点的距离；udc为发送正弦高频电流后故障电压的幅值；idc为发送正弦高频电流后故障电流的幅值；ω为发送正弦高频电流后故障电流角频率；lω为特定频率下线路单位长度电感量；θ为发送正弦高频电流后的电压初始相位；为发送正弦高频电流后的电流初始相位。

18、进一步的，直流线路正常工作对电容cs持续充电过充时以及形成不同的充电回路对电容cs充电过充时，导通内部保护模块的开关管t5。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

20、本发明通过与直流输电线路并联设置特定电路拓扑结构的能量吸收电路，使得故障时的故障能量得以回收，并将其再利用于直流配电网的故障检测及定位。正常输电时，电容同步储能，电容两端电压逐渐抬升；发生单极接地或双极短路故障时，故障检测定位模块的电容吸收故障能量；单极接地或双极短路故障时通过发送正弦高频电流，对故障位置进行检测，根据检测到的故障电压和故障电流计算出故障距离，实现故障定位。

技术特征：

1.一种直流线路故障检测的能量吸收电路，设置在直流线路的正极线路和负极线路之间，其特征在于，所述正极线路上设有隔离开关qs1和限流电抗器l1，正、负极线路的远端上分别设有隔离开关qs3和qs4；限流电抗器l1两端设置连接点a和连接点d；所述负极线路上设有隔离开关qs2和限流电抗器l2，限流电抗器l2两端设置连接点b和连接点c；

2.根据权利要求1所述的直流线路故障检测的能量吸收电路，其特征在于，所述开关管t1、t2、t3和t4之间还分别反并联有二极管d1、d2、d3和d4，且每个二极管的阳极均连接对应开关管的发射极，每个二极管的阴极均连接对应开关管的集电极。

3.根据权利要求1所述的直流线路故障检测的能量吸收电路，其特征在于，还包括并联在电容cs两端的内部保护模块。

4.根据权利要求3所述的直流线路故障检测的能量吸收电路，其特征在于，所述内部保护模块包括串联的开关管t5和电阻r1，且所述开关管t5两端反并联二极管d5，二极管d5的阳极连接开关管t5的发射极，二极管d5的阴极连接开关管t5的集电极。

5.根据权利要求1所述的直流线路故障检测的能量吸收电路，其特征在于，所述开关管t1、t2、t3、t4和t5均为绝缘栅双极型晶体管。

6.一种直流线路的故障定位方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的直流线路故障检测的能量吸收电路，检测直流线路的双极短路故障和单极接地故障，单极接地故障包括正极接地故障和负极接地故障；

7.根据权利要求6所述的直流线路的故障定位方法，其特征在于，所述故障定位公式为：

8.根据权利要求6所述的直流线路的故障定位方法，其特征在于，直流线路正常工作对电容cs持续充电过充时以及形成不同的充电回路对电容cs充电过充时，导通内部保护模块的开关管t5。

技术总结
本发明公开了一种直流线路故障检测的能量吸收电路及直流线路的故障定位方法，涉及中低压直流配电技术领域。能量吸收电路设置在直流线路的正极线路和负极线路之间。通过控制能量吸收电路中隔离开关和开关管的断开与闭合，使得故障时的故障能量得以回收，并将其再利用于直流配电网的故障检测及定位；正常输电时，电容同步储能，电容两端电压逐渐抬升；发生单极接地或双极短路故障时，电容原先的储能和电容吸收的故障能量提供检测电压，通过开关管的通断发送正弦高频电流，对故障位置进行检测，根据检测到的故障电压和故障电流计算出故障距离，实现故障定位。

技术研发人员：钱康,闫安心,蒋科,张曌,梅军,马亚林,何梦雪,沃任飞,史洋,田济源,裴昌盛,鹿峪宁
受保护的技术使用者：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9