一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法技术

本发明专利技术涉及直流配电网领域，旨在提供一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法。包括在直流配电网系统中使用改进的预充电型断路器拓扑，增加三个开关电路；当出现故障电流导致分断后，以充电装置对预充电电容进行充电；针对不同短路故障类型进行开关电路的开合操作，从而构建预充电电容与故障点之间的不同注入回路以实现测距电流的注入；利用最小二乘法针对测距电流中振荡频率以及衰减系数进行求解，得到测距点故障距离。本发明专利技术仅需对现有断路器拓扑进行简单改造，改造成本极低；能够有效克服利用换流器构建直流电压注入可行性存疑等问题；操作简单，易于设计，能够重复多次定位。多次定位。多次定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法


[0001]本专利技术属于直流配电网领域，具体是一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法。

技术介绍

[0002]随着全球化石能源的不断消耗，碳排放量不断上升。为了有效缓解全球温室效应，分布式发电技术应运而生，并受到学术界和工业界的广泛关注和重视。
[0003]直流配电网系统作为分布式能源灵活接入的平台，具备提升能源转换效率高、输电线路损耗小、满足敏感直流负荷等优点。随着技术的发展，直流配电网将作为市区用电主要的连接组网形式。然而，直流配电网系统发生短路故障时，故障特征持续时间短、电流上升迅猛、过电流峰值高。若不加以抑制，将会损毁配电网内部电力电子设备。因此，保护系统需在故障发生及时触发直流断路器、分断故障电流，以保障电网系统运行安全。为避免电流幅值冲击过大损坏换流器等设备，故障切除整体时间需保证位于3～5ms内。但由于故障暂态特征持续时间短，故障期间提供有效信息有限，导致直流配电网系统定位困难。
[0004]现有的直流配电网故障定位方案衍生于交流配电网，主流方案可分为三类：行波反射法、机理分析法以及谐波注入法。行波测距法较为成熟，但受制于直流配电网内部线缆支路交错以及线缆较短等特点，应用场景受限。机理分析法原理可靠，计算量小；但故障暂态情况下提供信息有限，且易受电网拓扑结构耦合以及系统运行噪声影响，定位精度有限。谐波注入法操作简单，易于设计，能重复多次定位，且能有效克服直流配电网线缆交错、拓扑结构耦合和系统运行噪声所带来的测距误差干扰等问题。相较于其余方法更加适合应用于直流配电网系统，但存在增设额外设备或注入策略可行性存疑等弊端。
[0005]因此，提出一种适用于直流配电网的具备快速准确性、高可靠性以及复用性的故障定位方法，对于弥补当前直流配电网中故障定位方案的研究，促进直流配电网的快速发展和安全保障具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法。
[0007]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0008]提供一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法，包括以下步骤：
[0009](1)在直流配电网系统中使用改进的预充电型断路器拓扑：
[0010]该预充电型断路器拓扑包括并联布置的通流支路、转移支路和耗能支路；在通流支路中，续流二极管D和第三开关电路SW3串接后再与第一晶闸管T1并联；转移支路中包括串接的预充电电容C
in
、电感L
in
、电阻R
in
和第二晶闸管T2，第一开关电路SW1的一端接地且另一端接至预充电电容C
in
；耗能支路中包括金属氧化物压敏电阻MOV，第二开关电路SW2的一端接地且另一端接至直流母线的另一极；在直流母线上设有限流电抗器，在正常运行时第
一开关电路SW1和第二开关电路SW2保持关断且第三开关电路SW3保持闭合；
[0011](2)当出现故障电流导致分断后，以充电装置对预充电电容C
in
进行充电；针对不同短路故障类型进行开关电路的开合操作，从而构建预充电电容C
in
与故障点之间的不同注入回路以实现测距电流的注入；
[0012](3)在测距电流注入过程中对电流进行采样，基于已构建的注入回路建立故障测距回路方程；采用非线性最小二乘法对采样电流进行拟合，计算得到注入回路的衰减系数以及振荡频率；
[0013](4)根据计算得到的衰减系数与振荡频率，进一步计算故障点距预充电型断路器电感分量大小；结合限流电抗器以及线缆单位长度阻抗的参数，计算故障距离；
[0014](5)将步骤(2)
‑
(4)重复多次，对获得的数个故障距离数据求取平均值，以减小测距误差。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016](1)本专利技术通过对预充电型直流断路器中拓扑强迫换流支路复用，实现直流配电网场景下测距电流的主动注入，并利用最小二乘法针对测距电流中振荡频率以及衰减系数进行求解，得到测距点故障距离。
[0017]相较于现有技术中的主动注入法需要增设额外设备或利用换流器设备进行主动注入，本专利技术的方案仅需对现有的预充电型直流断路器拓扑进行简单改造，在硬件上仅增设三个开关电路，所需投入的改造成本极低。因此，本专利技术不仅适用于新建设的直流配电网系统，也适用于针对已有直流配电网系统的改造利用。
[0018](2)相较于现有技术中的主动注入法，本专利技术的方案能够有效克服利用换流器构建直流电压注入可行性存疑等问题。
[0019](3)本专利技术方案操作简单，易于设计，能够重复多次定位。
[0020](4)本专利技术方案能有效克服定位信息量少、配电网线缆交错、拓扑结构耦合以及系统运行噪声所引起的测距误差干扰等问题。
附图说明
[0021]图1为现有的预充电型直流断路器拓扑。
[0022]图2为改造后的预充电型直流断路器拓扑。
[0023]图3为预充电型直流断路器拓扑复用故障测距流程图。
[0024]图4为单极接地故障测距回路。
[0025]图5为极间故障测距回路。
[0026]图6为测距电流同拟合电流比对。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。
[0028]一、改造器件拓扑
[0029]图1是现有技术中的预充电型直流断路器拓扑，包括并联布置的通流支路、转移支路和耗能支路，通流支路由机械开关或电力电子器件所组成，转移支路由预充电电容和电力电子开关所组成，耗能支路由ZnO避雷器或其它金属性氧化物电阻组成。
[0030]为实现直流配电网系统中断路器拓扑复用的故障定位方法，本专利技术对现有技术中的预充电型断路器拓扑进行了如下改进(如图2所示)：
[0031]该预充电型断路器拓扑包括并联布置的通流支路、转移支路和耗能支路；在通流支路中，续流二极管D和第三开关电路SW3串接后再与第一晶闸管T1并联；转移支路中包括串接的预充电电容C
in
、电感L
in
、电阻R
in
和第二晶闸管T2，第一开关电路SW1的一端接地且另一端接至预充电电容C
in
；耗能支路中包括金属氧化物压敏电阻MOV，第二开关电路SW2的一端接地且另一端接至直流母线的另一极；在直流母线上设有限流电抗器，在正常运行时第一开关电路SW1和第二开关电路SW2保持关断且第三开关电路SW3保持闭合。
[0032]现有的预充电型直流断路器拓扑，只能实现故障电流分断的功能。本专利技术对其进行改造后，能够利用增加的开关电路(可选为继电器)，实现主动注入式故障定位功能。
[0033]二、定位故障点的距离
[0034]基于上述改进，本专利技术提出了针对单极接地故障或极间短路故障的预充电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预充电型直流断路器拓扑复用的故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在直流配电网系统中使用改进的预充电型断路器拓扑：该预充电型断路器拓扑包括并联布置的通流支路、转移支路和耗能支路；在通流支路中，续流二极管D和第三开关电路SW3串接后再与第一晶闸管T1并联；转移支路中包括串接的预充电电容C
in
、电感L
in
、电阻R
in
和第二晶闸管T2，第一开关电路SW1的一端接地且另一端接至预充电电容C
in
；耗能支路中包括金属氧化物压敏电阻MOV，第二开关电路SW2的一端接地且另一端接至直流母线的另一极；在直流母线上设有限流电抗器，在正常运行时第一开关电路SW1和第二开关电路SW2保持关断且第三开关电路SW3保持闭合；(2)当出现故障电流导致分断后，以充电装置对预充电电容C
in
进行充电；针对不同短路故障类型进行开关电路的开合操作，从而构建预充电电容C
in
与故障点之间的不同注入回路以实现测距电流的注入；(3)在测距电流注入过程中对电流进行采样，基于已构建的注入回路建立故障测距回路方程；采用非线性最小二乘法对采样电流进行拟合，计算得到注入回路的衰减系数以及振荡频率；(4)根据计算得到的衰减系数与振荡频率，进一步计算故障点距预充电型断路器电感分量大小；结合限流电抗器以及线缆单位长度阻抗的参数，计算故障距离；(5)将步骤(2)
‑
(4)重复多次，对获得的数个故障距离数据求取平均值，以减小测距误差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：(2.1)若无故障发生，断路器将正常运行；若确定短路故障发生，则分断故障电流，并等待断路器拓扑暂态吸收能量完全耗散；然后断开第三开关电路SW3；以充电装置对预充电电容C
in
进行充电，电压达到至设定值之后停止充电；(2.2)对于单极接地故障，闭合第一开关电路SW1，导通第二晶闸管T2，构成单极测距回路以向故障点注入谐波电流；对于极间短路故障，闭合第二开关电路SW2，导通第二晶闸管T2，构成极间测距回路以向故障点注入谐波电流。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：(3.1)利用基尔霍夫定律对不同测距回路进行建模，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁钊培，陈敏，唐诵，朱冠南，张耀宇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：