[發明專利]一種基于行波的柔性直流配電系統故障定位方法

在審

• 申請號: 201611185183.4
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106771868A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 羅國敏;林琦智;和敬涵
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明具體涉及一種基于行波的柔性直流配電系統故障定位方法，屬于配電系統故障定位方法技術領域。

背景技術

隨著電力電子技術的飛速發展，新能源在電網中的廣泛接入，以及電動汽車、信息設備和半導體照明系統等直流負荷不斷增加，直流電網在許多方面都取得了技術上和經濟上的優勢。柔性直流輸配電系統的線路發生故障后，快速、準確地定位故障點，不僅對快速修復故障線路、保證供電可靠性及減少供電損失意義重大，而且對保證整個電力系統的安全穩定及經濟運行都有十分重要的作用，因此對電網中發生的故障進行快速定位和測距是十分必要的。電力線路的故障測距和定位方法有很多種，如早期的人工巡線法、阻抗法以及行波法。人工巡線法對巡線工人的要求很高并且效率低下。阻抗法對裝置的硬件要求低，但是其適用范圍窄且很多類型的線路不適用。而行波測距法的精度高，適用范圍廣，檢測速度快，因此越來越受到歡迎，在實際工程中也得到了廣泛應用。行波法在現有交流系統中應用已經十分成熟，且測距誤差均能達到數十米范圍之內。然而，現有交流行波定位法主要針對直線狀、星狀、樹狀等常見的交流電網拓撲結構，并不適用于閉環運行、具有網狀或環狀拓撲結構的多端柔性直流系統。

相對于交流系統而言，行波法更適用于直流系統的故障定位。當交流系統在電壓或電流過零點時發生故障，只能產生微弱的信號，不便于辨識到達各個檢測器的初始行波，而直流系統沒有電壓或電流過零點，行波特征比較明顯。在不考慮系統邊界等不連續環節影響的情況下，故障線路通常可以等效為一個線性系統。無論是交流系統還是直流系統，故障的發生可認為是在故障點添加一個階躍激勵。對于等效的線性故障區域來說，行波階躍激勵產生的響應是相似的，并滿足疊加定理。縱使交流系統和直流系統行波檢測裝置的安裝位置和濾波特性不同，交流行波波頭提取和分析的方法也同樣適用于直流行波。

論文：Location of DC line faults in conventional HVDC systems with segments of cables and overhead lines using terminal measurements[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2012,27(1):279-288，論文：基于雙端行波原理的高壓架空線—電纜混合線路故障定位方法[J].電力系統自動化,2010,34(25):88-91，論文：電纜架空線混合線路故障測距方法綜述[J].電網技術,2006,30(17):64-69，上述三篇論文對電纜與架空線混合連接的故障定位問題進行了研究，并用行波測距法得到了精度較高的測距結果。針對星形連接的多端直流網絡，論文：Traveling-Wave-Based Line Fault Location in Star-Connected Multiterminal HVDC Systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2012,27(4):2286-2294，論文：A new smart distribution grid fault self-healing system based on traveling-wave[C]//Industry Applications Society Annual Meeting,2013IEEE,October 1-6,2013，Lake Buena Vista,FL.，論文：A combined impedance and traveling wave based fault location method for multi-terminal transmission lines[J].International Journal of Electrical Power&Energy Systems,2011,33:1767-1775，論文：Fault location scheme for multi-terminal transmission lines using unsynchronized measurements[J].International Journal of Electrical Power&Energy Systems,2016,78:277-284，上述四篇論文提出了基于行波和阻抗的故障定位方法。論文：多端柔性直流系統直流故障保護方案[J].中國電機工程學報,2016,36(0):1-10，論文：多端柔性直流電網故障隔離技術研究[J].中國電機工程學報,2016,36(1):87-95，上述論文對多端環狀的柔性直流系統的保護與隔離問題進行了研究，推動了對柔性直流系統研究的進程，但是并沒有提及故障測距的方法。論文：Wavelet-based protection strategy for DC faults in multi-terminal VSC HVDC systems[J].IET Generation,Transmission&Distribution,2011,5(4),496-503，通過對三個監測標準進行三選二的定位，增加了可靠性，但是冗余性也相應增加。論文：New fault location approach using voltage measurements[C]//Proceedings 2007IEEE SoutheastCon,March 407-412,2007,Richmond,VA，通過將母線處的電壓信息和網絡結果結合構成母線阻抗矩陣技術進行故障定位，這個方法雖然也能實現較高的準確性，但是對不同的故障類型，需要不同的矩陣進行求解，而判斷故障類型也是一個難點。論文：Fault location on multi-terminal DC systems using synchronized current measurements[J].International Journal of Electrical Power&Energy Systems,2014,63:779-786，論文：A Traveling-Wave-Based Methodology for Wide-Area Fault Location in Multiterminal DC Systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2014,29:2552-2560，上述兩篇論文研究的結果是基于行波法先確定故障區間，然后再確定故障點的思路，并能得到很好的結果，但是這些方法需要預先對網絡拓撲進行劃分，且對于檢測器的安裝數量和位置，當故障發生在某些劃分區域內時，故障區段判定方法并不適用。