本发明专利技术公开了一种基于零模电流相关性的单极接地选线方法，涉及柔性直流配电系统继电保护领域。本发明专利技术具体步骤如下：首先读取线路电压、电流数据，记录265个采样点的零模电流数据，然后确定故障启动判据和选线判断，并根据启动判据判断是否有故障，若是，则利用滑动平均滤波对线路零模电流进行处理，用线路两侧零模电流相关性系数表征故障线路与非故障线路的差异大小，与阈值比较，确定故障线路，选定区内/外故障后，再根据选极判据判断是正极还是负极故障，发出故障信号。本发明专利技术避免噪声干扰以及电流幅值变化带来的阈值整定困难问题，提高了选线方案的可靠性，可快速识别故障线路，采用滑动平均滤波方法，提高了选线方法的可靠性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于零模电流相关性的单极接地选线方法
[0001]本专利技术涉及柔性直流配电系统继电保护领域，具体为一种基于零模电流相关性的单极接地选线方法。
技术介绍
[0002]柔性直流配电系统具有换流环节少、控制灵活、线路损耗低、便于分布式电源及储能设备的接入、电能质量高等优点，直流配电网已逐渐成为未来直流技术和配电系统发展的重要方向。
[0003]直流配电系统呈现低惯性、弱阻尼特性，故障电流大，故障过程发展极快，再考虑到电力电子装置的耐受冲击能力，要求保护装置能够在3～5ms内快速识别故障，并有选择性地切除，防止事故扩展和设备受损，以满足电力系统安全、稳定运行的要求。
[0004]目前，针对直流配电网的保护方案大多借鉴了交流侧的保护原理，如过流、微分欠压、差动保护等。过流保护、微分欠压保护易受过渡电阻和电力系统运行方式的影响，难以准确识别故障。电流差动保护需要数据严格同步，且易受通信和直流线路分布电容的影响。行波保护抗干扰能力低、对采样率要求较高。为了限制故障电流，可以通过线路两端装设的直流电抗器来构造保护边界，利用电抗器两侧故障暂态特性的差异进行故障识别，但并非所有的系统都允许安装电抗器，且如果电抗值较大可能会降低直流传输效率。利用固有模态能量熵来提取故障电流特征量构建保护判据，但是该方案是基于双端系统，其在MMC
‑
MVDC中的适用性还有待研究。为了避免单极接地故障时，故障极因耦合作用对非故障极产生影响，有学者提出了对直流线路进行解耦，通过对故障分量进行模量分解，并分析其暂态特征，从而设计单极接地保护方案。利用故障发生时会有零模分量出现，通过检测零模故障分量的多少来进行故障极的识别,但是发生单极高阻接地故障后故障特征不明显，故障识别很大可能会失效。利用标准拟合函数对故障发生后采集到的故障零模电流进行拟合，实现应对高阻接地故障的自适应行波保护，但是其参数依赖于提前对过渡电阻的区间进行估计，参数变化的不确定性较大。基于参数识别原理，发生故障后利用故障零模网络列写故障定位时域微分方程，然后运用最小二乘法进行优化来求解故障距离，但最小二乘法默认是线性估计，使用时有一定的局限性。
[0005]由此，针对现有基于零模模量的直流配电网单极接地故障选线方法的不足，设计一种可靠、快速的直流配电系统单极接地选线方法具有重要意义。
技术实现思路
[0006]本专利技术为了解决现有技术中，基于零模模量的直流配电网单极接地故障选线方法存在多种不足的问题，提供了一种改进后的基于零模电流相关性的单极接地选线方法。
[0007]针对柔性直流配电网发生单极接地故障后，故障线路两端零模电流呈正相关关系，其他非故障线路两端零模电流呈负相关关系，而滑动平均滤波后的暂态零模电流可以很好地表征故障线路与非故障线路的差异。因此本专利技术是通过如下技术方案来实现的：
[0008]一种基于零模电流相关性的单极接地选线方法，为了避免故障发生后故障极对非故障极的影响，先将线路电流进行解耦，接着计算解耦后的零模电流分量之间的相关性系数，最后利用故障线路与非故障线路零模电流相关性系数的差异来识别故障区域，具体包括如下步骤：
[0009]S1：线路电流解耦：
[0010]解耦后的零模电流I0计算公式如下：
[0011][0012]I
p
与I
n
分别为对应直流线路正、负极电流；
[0013]发生不同类型故障时，线路两侧零模电流之间的比例关系为：当故障类型为区内正极故障或区内负极故障时，线路两侧零模电流比例关系k为正；当故障类型为区外正极故障或区外负极故障时，线路两侧零模电流比例关系k为负；
[0014]S2：线路两侧零模电流相关性系数ρ计算公式如下：
[0015][0016]相关性系数ρ是一个无量纲的数值，ρ∈[
‑
1,1]；若0<ρ<1，两变量间存在正相关关系；若
‑
1<ρ<0，则两变量之间存在负相关关系；ρ＝0时，表示两变量完全无关；ρ＝1时，两变量间正相关性最强；ρ＝
‑
1时，两变量间负相关性最强；
[0017]S3：启动判据设计：
[0018]为避免系统投入时MMC自启动过程以及正常运行时系统扰动的影响，需要设置故障启动判据；当线路发生单极接地故障或其他情况下，正极线路与负极线路电压变化情况不同，根据这种情况设计故障启动判据：
[0019]设定采样频率为20kHz，为了避免雷击等瞬时干扰，当启动判据连续3个采样点均成立时，认为发生接地短路故障，公式如下：
[0020](dV
p
/dt)*(dV
n
/dt)＞0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]V
p
为正极线路保护安装处对地电压，V
n
为负极线路保护安装处对地电压；
[0022]S4：故障选线判据设计：
[0023]本专利技术的选线方案需记录一定时长的故障电流波形，以便提取故障暂态特征量。而暂态时间的长短决定于过渡电阻的大小，过渡电阻值越小，暂态过程持续时间将越长，一定时长内能够提取到的暂态信息量就越少。经仿真验证，本文所搭建电磁仿真模型中直流线路发生金属性接地后，故障零模电流达到第一个峰值所用时间约为0.27ms，达到第二个峰值时间约为0.9ms，再综合考虑暂态特征量的提取效果以及相关性系数计算时间长短，最终决定选定故障启动判据启动后3ms内60个零模电流采样点的波形作为故障电流波形。此外，还需记录故障发生之前一段时间正常的电流波形与故障后的电流波形共同组成样本电流波形，正常波形选取约10ms内200个采样点。因此正常波形采样点、启动判据采样点和故障波形采样点共计265个采样点。利用滑动平均滤波处理故障电流后，计算线路两侧零模电
流量的相关性系数值，并与阈值比较进行选线；当相关性系数值大于阈值时，判定区内故障，反之为区外故障。阈值确定方式如下：
[0024]区内故障时最小相关性系数为ρ
min
，计及线路参数、电压、电流互感器传变等误差因素的影响，并根据实际工程中的需要进行调整，然后按照一定的整定系数进行相关性系数阈值整定，将最小相关性系数ρ
min
/1.5四舍五入保留一位小数设定为整定阈值。该阈值，本领域技术人员均可以根据实际情况中电路的状态来确定阈值，阈值的确定原则满足上述条件即可；
[0025]S5：故障选极判据设计：
[0026]当正极线路发生单极接地故障后，无论故障发生在线路何处，过渡电阻值多大，连在同一条母线上的故障线路与非故障线路正极线路保护安装处暂态电压均振荡变为0，而负极线路保护安装处暂态电压均振荡变为原来电压的2倍，但两极之间电压保持不变、振荡持续时间均很短，且故障线路振荡持续时间小于非故障线路；同理，当负极线路发生单极接地故障后，无论故障发生本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于零模电流相关性的单极接地选线方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：线路电流解耦：解耦后的零模电流I0计算公式如下：I
p
与I
n
分别为对应直流线路正、负极电流；发生不同类型故障时，线路两侧零模电流之间的比例关系为：当故障类型为区内正极故障或区内负极故障时，线路两侧零模电流比例关系k为正；当故障类型为区外正极故障或区外负极故障时，线路两侧零模电流比例关系k为负；S2：线路两侧零模电流相关性系数ρ计算公式如下：相关性系数ρ是一个无量纲的数值，ρ∈[
‑
1,1]；若0<ρ<1，两变量间存在正相关关系；若
‑
1<ρ<0，则两变量之间存在负相关关系；ρ＝0时，表示两变量完全无关；ρ＝1时，两变量间正相关性最强；ρ＝
‑
1时，两变量间负相关性最强；S3：启动判据设计：为避免系统投入时MMC自启动过程以及正常运行时系统扰动的影响，设置故障启动判据；当线路发生单极接地故障或其他情况下，正极线路与负极线路电压变化情况不同，根据这种情况设计故障启动判据：设定采样频率为20kHz，为了避免雷击等瞬时干扰，当启动判据连续3个采样点均成立时，认为发生接地短路故障，公式如下：(dV
p
/dt)*(dV
n
/dt)＞0
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)V
p
为正极线路保护安装处对地电压，V
n
【专利技术属性】
技术研发人员：秦文萍，左鹏飞，陈晓乾，杨乐，李胜文，王金浩，刘翼肇，任春光，孟润泉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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