[发明专利]柔性直流配电网单极故障选线与区段定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种柔性直流配电网单极故障选线与区段定位方法及系统，包括：采集直流配电线路各馈线正、负极电流，对其进行滤波处理；提取数据窗内的电流突变量数据，对其进行S变换，得到电流信号的复时频S矩阵；根据线路参数，计算特征频段；根据复时频S矩阵，计算STCFB和W；建立直流配电馈线的单极故障选线判据和区段定位判据，根据选线判据进行基于电流突变量Pearson相关系数的故障馈线识别；若为故障馈线，比较正、负极电流突变量特征频段的暂态能量和，进行故障极的判断；若为故障极线，利用各馈线区段左右两侧电流突变量相关性进行故障馈线段识别。本发明不受过渡电阻、数据不同步以及故障位置等因素影响，快速灵敏和可靠。

技术领域

本发明涉及直流配电网故障选线与定位技术领域，具体涉及一种柔性直流配电网单极故障选线与区段定位方法及系统。

背景技术

随着电力电子器件的飞速发展和可再生能源的大量需求，基于电压源换流器的直流输电和配电技术快速发展。柔性中压直流(Medium-Voltage DC，MVDC)配电网具有线路损耗小、供电效率高、电能质量优等特点，在分布式电源并网、构筑城市直流电网等方面优势显著。由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)开关频率低，损耗小，动静态均压优，因而在柔性直流工程中更受青睐。当前基于MMC的直流工程多采用自然双极、小电流接地方式，在深圳试点的±10kV直流配电工程采用换流变阀侧高阻接地方式。

当小电流接地方式的直流配电网馈线发生单极故障时，其特征为：①故障极电压降为零，非故障极电压升高为原来2倍，对直流配电网的绝缘带来安全隐患；②故障极的故障电流非常小(仅为馈线的电容电流)，与正常负荷电流无明显差异，导致故障选线困难。类似交流配网发生单相接地故障后的运行方式，尽管发生单极故障后直流配电网仍可短时运行一段时间，但是由于故障未排除，仍旧需要快速、准确地选出故障的馈线及其故障区段，以便及时隔离故障馈线，保证非故障区域的安全运行。

现有技术通过比较两电平VSC大电容处电流和相邻极线电流的相关性来判定区内外故障。然而，由于MMC电容分嵌在子模块中，单极接地时子模块电容没有放电回路，方法不适用。

现有技术利用限流电抗器两端的电压变化率检测直流线路故障，但该方法在功率反转情况下保护阈值需重新整定，且在直流配电网中安装直流电抗器不具有普遍意义。

现有技术利用最小二乘法计算等值电抗值，但在多分支系统中难以识别具体馈线。

现有技术综合利用故障发生时首先达到故障电流门槛值的极性、两极故障电流到达门槛值的时间差和电流随时间的变化率三种判据来检测区内外故障，方法过于复杂。

现有技术构建零模序网识别线路电容参数，能够有效地判别出故障的馈线，但难以定位故障馈线上的故障区段。

现有技术利用小波变换进行多尺度分析，利用暂态量的高低频能量差异构造判据，能正确判断故障，但小波变换的计算结果易受到小波基选取以及噪声的影响。

综上可知，现有直流电网单极故障识别方法各有特点，但没有可靠性强、不受过渡电阻等影响且灵敏度高的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种柔性直流配电网单极故障选线与区段定位方法及系统；当单极接地故障发生后，直流馈线上电流突变量来源于分布式电容的充放电电流。其中，故障馈线上正负极线电流突变量的波形呈负相关，而在非故障馈线上则呈正相关，由此构建了基于S变换特征频段(S-transform characteristics frequency band，STCFB)和Pearson相关系数的单极故障选线判据。根据正负极电流突变量特征频段能量的比值大小差异，构建了故障极的识别判据。此外，利用各区段两侧电流突变量特征频段的Pearson相关系数，进行故障区段定位。本方法快速有效，故障位置、两端数据不同步以及过渡电阻等因素对判据几乎没有影响，灵敏可靠。