一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法技术

本发明专利技术提供了一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，所述故障测距方法具体为根据拓扑数据构建故障等效电路模型，根据故障等效电路模型构建故障测距方程，采集直流配电线路的电力数据，进行短路故障测距启动条件判断，在判断满足短路故障启动条件后，起动限流控制和主动探测信号注入控制策略，向直流线路注入特征频率的探测信号，基于测点处的电压电流提取特征频率下的电压相量和电流相量，求解故障测距方程，获取故障距离。本发明专利技术进行故障测距时，仅需要采集直流配电线路的单端电气量，能够有效避免对端系统助增作用的影响，提高故障测距结果的准确性，同时还能够大大降低故障测距的计算量，有效提高故障测距的效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法


[0001]本专利技术涉及直流配电系统故障测距
，尤其是指一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法。

技术介绍

[0002]随着半导体制造技术和电力电子技术的快速发展及其在电力系统中的广泛应用，直流输配电技术凭借易于实现新能源接入和便于提高电能质量而得到广泛研究。与传统的直流输配电技术相比，柔性直流输配电技术具备了可以避免无功补偿和换相失败问题以及可以快速解耦控制有功和无功功率等优势，具有更加广阔的应用前景。
[0003]在柔性直流配电网内线路出现故障，并执行相应的保护动作后，还需要通过进行故障测距来实现故障位置的精确定位，从而保障柔性直流配电网的运行安全。现有技术中常通过基于参数识别思想求解线性方程的系数来实现直流配电线路的故障测距，或是通过基于分布参数线路模型分析输电线路的沿线电压实现直流配电线路的故障测距。但无论是求解线性方程还是分析沿线电压的方式，在进行故障测距时，均需要采集配电线路的大量电气数据进行数据分析，使得故障测距的效率较低。且柔性直流配电网内线路大多为两端供电式拓扑结构，现有技术中的故障测距方法均需要获取柔性直流配电线路两端数据以实现故障测距的相关计算，其计算结果会受到对端系统的增助作用影响，故障测距结果的准确性不高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，通过在线路故障后注入特征频率的探测信号，基于构建的直流配电线路等效电路和测距方程根据特征频率下的电力数据求解故障距离，且在故障测距过程中仅需配电线路的单端电气量，能够解决现有故障测距方法中存在的所需采样数据量过大，故障测距效率较低，以及计算结果受对端系统增助作用影响，准确性不高的问题，使得故障测距的计算量大大降低，有效提高故障测距的效率和准确性。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现：
[0006]一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，根据直流配电线路的拓扑数据构建故障等效电路模型，根据故障等效电路模型构建故障测距方程；
[0008]步骤二，采集直流配电线路的电力数据，根据采集的电力数据对直流配电线路进行短路故障测距启动条件判断；
[0009]步骤三，在判断满足短路故障测距启动条件后，起动限流控制和主动探测信号注入控制策略，向直流线路注入特征频率的探测信号；
[0010]步骤四，基于测点处的电压电流提取特征频率下的电压相量和电流相量，根据特征频率下的电压相量和电流相量求解故障测距方程，获取故障距离。
[0011]进一步的，步骤一中根据直流配电线路的拓扑数据构建故障等效电路模型时，先通过极模变换公式对直流配电线路进行解耦，再根据解耦结果构建故障等效电路模型。
[0012]进一步的，所述极模变换公式的表达式为：
[0013][0014]其中：F0为直流配电线路零模电压电流故障暂态行波，F1为直流配电线路极模电压电流故障暂态行波，F
P
为直流配电线路P极电压电流值，F
N
为直流配电线路N极电压电流值。
[0015]进一步的，步骤一中根据故障等效电路模型构建故障测距方程的具体过程为：
[0016](1)根据特征频率下故障等效电路模型，获取直流配电线路的传输方程，所述传输方程的表达式为：
[0017][0018]且，
[0019]其中：分别为测距端测量特征频率下的电压相量和电流相量，分别为线路L
m
在故障支路处的电压和电流，γ为线路的传播系数，Z
c
为线路的波阻抗，d为故障距离，r
l
、l
l
、c
l
和g
l
分别为线路单位长度下电阻、电感、对地电容和电导，ω
det
为探测信号特征角频率；
[0020](2)基于直流配电线路的传输方程，获取故障支路处电压、电流以及对应过渡电阻的关系式，其表达式为：
[0021][0022]其中：为流过故障支路的电流；为流向后段线路的电流，R
f
为直流配电线路等效电路内的过渡电阻；
[0023](3)获取线路末端采集到的电压和电流向量，其表达式为：
[0024][0025]其中：分别为线路L
n
在线路末端的电压和电流向量，l为直流配电线路的总长度；
[0026](4)获取MMC控制器在特征频率下的等值参数，其表达式为：
[0027][0028]其中：C0为MMC控制器内桥臂子模块的电容，L0为MMC控制器内桥臂子模块的电抗，R0为MMC控制器内桥臂子模块的损耗等效电阻，N为MMC控制器内桥臂子模块的总个数；
[0029](5)联立以上公式，获取故障测距方程，其表达式为：
[0030][0031]进一步的，步骤二中通过判断是否接收到相应直流配电线路保护的动作指令或者是否满足突变量起动判据对直流配电线路进行短路故障测距启动条件判断。
[0032]进一步的，所述突变量起动判据包括直流电流突变量起动判断和直流电压突变量起动判断，所述直流电流突变量起动判断和直流电压突变量起动判断的表达式为：
[0033][0034]其中：N为测距端在1ms内进行数据采样的测点个数，I
dcN
为直流额定电流，U
dcN
为直流额定电压，i
dc
(i)为测距端第i个测点处采集到的直流电流，u
dc
(i)为测距端第i个测点处采集到的直流电压。
[0035]进一步的，步骤三中通过MMC控制器进行限流控制，启动限流控制后，将MMC控制器的外环控制目标转换为确定MMC控制器内子模块的电容和电压维持不变，同时在MMC控制器调制层限制直流侧电流，直至直流侧电压达到直流侧电压参考值。
[0036]进一步的，步骤三中通过MMC控制器起动所述主动探测信号注入控制策略，通过MMC控制器起动所述主动探测信号注入控制策略的具体过程为：通过调节直流侧电压参考值控制MMC控制器，MCC控制器根据直流侧电压参考值改变子模块开通关断的数目，向直流配电线路注入特征频率的探测信号。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038]所述配电直流系统等效电路为单电源系统，在基于单电源系统的配电直流系统等效电路进行故障测距时，仅需要采集配电线路的单端电气量，在后续的故障测距计算过程中，能够有效避免对端系统助增作用的影响，提高故障测距结果的准确性，同时还能够大大降低故障测距的计算量，有效提高故障测距的效率。
附图说明
[0039]图1是本专利技术的一种流程示意图；
[0040]图2是本专利技术实施例的一种直流配电线路的拓扑结构示意图；
[0041]图3是本专利技术实施例的一种特征频率下的直流配电线路等效电路图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据直流配电线路的拓扑数据构建故障等效电路模型，根据故障等效电路模型构建故障测距方程；步骤二，采集直流配电线路的电力数据，根据采集的电力数据对直流配电线路进行短路故障测距启动条件判断；步骤三，在判断满足短路故障测距启动条件后，起动限流控制和主动探测信号注入控制策略，向直流线路注入特征频率的探测信号；步骤四，基于测点处的电压电流提取特征频率下的电压相量和电流相量，根据特征频率下的电压相量和电流相量求解故障测距方程，获取故障距离。2.根据权利要求1所述的一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，其特征在于，步骤一中根据直流配电线路的拓扑数据构建故障等效电路模型时，先通过极模变换公式对直流配电线路进行解耦，再根据解耦结果构建故障等效电路模型。3.根据权利要求2所述的一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，其特征在于，所述极模变换公式的表达式为：其中：F0为直流配电线路零模电压电流故障暂态行波，F1为直流配电线路极模电压电流故障暂态行波，F
P
为直流配电线路P极电压电流值，F
N
为直流配电线路N极电压电流值。4.根据权利要求1所述的一种基于主动探测原理的直流配电线路短路故障测距方法，其特征在于，步骤一中根据故障等效电路模型构建故障测距方程的具体过程为：(1)根据特征频率下故障等效电路模型，获取直流配电线路的传输方程，所述传输方程的表达式为：且，其中：分别为测距端测量特征频率下的电压相量和电流相量，分别为线路L
m
在故障支路处的电压和电流，γ为线路的传播系数，Z
c
为线路的波阻抗，d为故障距离，r
l
、l
l
、c
l
和g
l
分别为线路单位长度下电阻、电感、对地电容和电导，ω
det
为探测信号特征角频率；(2)基于直流配电线路的传输方程，获取故障支路处电压、电流以及对应过渡电阻的关系式，其表达式为：
其中：为流过故障支路的电流；为流向后段线路的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤耀景，孔凡坊，肖禧超，潘益伟，徐彬，郑杨，张翼，李云龙，钟薇薇，罗涛，邓潘，张品信，葛慧聪，刘尚孟，
申请(专利权)人：温州电力建设有限公司国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：