[发明专利]一种多端直流配电网线路短路故障测距方法

说明书

本发明公开了一种多端直流配电网线路短路故障测距方法。目的是解决多终端混合型直流配电网线路故障测距问题。本发明在多端直流配电网的每区段直流线路上设置了一个故障测距辅助电路，其由电容、电感、二极管及开关组成；当多端直流配电网线路发生单极或双极短路故障时，在直流断路器动作后，线路故障区间段内的故障测距辅助电路投入运行，通过同时采样辅助电路中电容和电感的瞬时电压和电流值，计算辅助电路与故障点之间的距离，从而快速定位故障点。本发明具有原理简单，采样频率较低，测距精度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种多端直流配电网线路短路故障测距方法，属于配电网继电保护故障测距技术领域。

技术背景

直流配电网技术目前是电力系统行业研究的热点，随着电力电子技术的发展，电压源变换器(voltage sourced converters，VSC)和模块化多电平变换器(modularmultilevel converter，MMC)得到了迅速发展。不同形式的变换器接入直流配电网一起构成了多终端混合型的直流配电网，与交流配电网相比，它具有许多突出的优点；并且也是解决当前电力负荷快速增长的有效途径。然而，当直流线路发生短路故障时，不同形式的变换器表现的故障特性不同，因此对线路故障测距造成了一定的困难。

目前，国内外针对高压长距离直流输电线路故障测距的研究较多，而对线路距离较短的直流配电网故障测距研究较少。故障测距方法主要分为暂态法、行波法和注入法。暂态法以输出端并联大电容的VSC为研究对象，利用线路故障时双端变换器母线电容放电过程中的电压电流信息建立故障测距算法，该方法需要GPS进行数据同步；行波法利用行波在波阻抗不连续节点的反射特性来计算故障距离，该方法原理较简单，普遍用于长距离输电线路故障测距，在短距离的线路上应用时误差较大，并且对硬件要求很高。注入法是在故障线路上注入某种特定的测距信号进行故障点定位，测距精度较高，但操作较复杂。无论哪种故障测距方法，目前都不够成熟，都有待更深入的研究。

当多端直流配电网发生短路故障时，从经济性以及电力系统安全性的角度出发，必须及时确定故障距离以及快速恢复故障线路。因此，研究多端直流配电网线路故障测距技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明以多端直流配电网为研究对象，在每段直流线路上设置了一个故障测距的辅助电路，包括电容、电感、二极管及开关；其中，二极管的阳极与直流线路的正极连接，二极管的阴极与电容和电感的第一端连接，电感的第二端与第一开关的输入端连接，第一开关的两个输出端分别连接到直流线路的正、负极，电容的第二端接地，并与第二开关的输入端连接，第二开关的输出端与直流线路的负极连接；当多端直流配电网线路发生短路故障时，在直流断路器动作后，将线路故障区间段的辅助电路投入运行，测量故障点的距离。

本发明为解决多端直流配电网故障测距问题采取的技术方案如下：

在直流线路每一区间段内设置了一个故障测距的辅助电路，包括一个电容、一个电感、一个二极管及两个开关。当多端直流配电网正常工作时，直流线路上的电压对辅助电路电容充电，而当其发生短路故障时，辅助电路电容为线路故障测距提供电压。

当多端直流配电网线路某一区段发生单极接地短路故障时，在该故障区间段内，辅助电路通过开关与单极接地短路的故障线路接通，形成放电回路，同时采样辅助电路中电容和电感的瞬时电压和电流，根据公式(1)计算故障距离x：

其中，x为线路故障点距离辅助电路的距离，u_c、u_L和i分别为辅助电路中电容电压、电感电压及放电电流的瞬时值，i_max1为辅助电路电容放电过程中出现的峰值电流，u_cm1为i_max1出现时刻的辅助电路的电容电压，L_s为辅助电路电感值，l₀为直流线路单位千米长度电感值。公式(1)由公式(2)至公式(4)推导得到：