[发明专利]一种基于架空线路RL模型的直流电网双极短路故障定位方法

说明书

本发明涉及一种基于架空线路RL模型的直流电网双极短路故障定位方法，属于输配电技术领域。针对目前故障后电气量无解析解表达式与故障分析法定位精度依赖于精确模型，本发明提出以实测值代替解析解，以RL模型等效架空线路进行故障定位的方法。根据故障等效网络的KVL与VAR，可列写回路电压方程。通过预设故障测试求解出线路参数，通过获取电气量计算故障位置。

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于架空线路RL模型的 直流电网双极短路故障定位方法。

背景技术

柔性直流输电技术因不存在换相失败问题，且具有有功无功独立可控， 潮流反转时电压极性不变等诸多优势，被广泛运用于新能源并网与消 纳。

架空线路因能满足直流系统大容量、远距离输电的要求，被越来越多 地运用于直流电网建设。然而由于铺设距离长，穿越地域的地形复杂、 气候多变，架空线路故障多发且故障点难以搜寻，因此准确可靠的故 障定位技术对提高巡线效率、加快故障恢复速度、减少停电损失、保 证系统安全运行具有重大的意义。

现有的故障定位方法从时间、频率、空间三个角度可分为行波法、固 有频率法和故障分析法。行波法测距精度高，被广泛运用于直流线路 故障定位，但存在采样频率高、不耐受过渡电阻、波头易畸变、捕获 困难等问题。固有频率法无需检测波头，具有较高的稳定性，但是抗 干扰能力较差且存在测量死区。故障分析法同样具有较高的稳定性， 但其精度依赖于输电线路模型精度。

输电线路简化模型对于高压直流输电系统的理论分析十分重要。 Bergeron模型将线路电阻作为集中参数分段计入，这将导致模型不够 精确。而将电阻作为分布参数计入线路模型虽可以一定程度提高模型 精度，但也会引入高阶微分而导致数据病态。多端直流电网发生双极 短路故障时因各端换流站间存在耦合且网络结构十分复杂，无法求得 换流站端口电压、电流解析解，因而只能依靠各电气量实测值进行计 算。如何使用故障后暂态数据得到输电线路等效RL模型并借此计算 故障位置成为了一个颇具工程实际意义的问题。

发明内容

针对上述背景技术中提到的直流电网双极短路故障，且关注各暂 态电气量的实测值用以概括背侧系统的影响，本文以故障后输电线路 等效RL模型为切入点，将模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)等效为时变电压源加以分析故障定位算法。算法 主要依赖于基尔霍夫电压定律与欧姆定律。

本发明技术方案的特征包括以下步骤：

步骤1：将直流输电线路等效为RL模型，双端换流站等效为时 变电压源。预设线路中点发生金属性双极短路故障，根据基尔霍夫电 压定律对一端故障网孔列写方程。

步骤2：选取某一固定时间间隔可将步骤1中电压方程写成矩阵 形式，其中，电流微分用平波电抗器压降与电抗比值加以代替。进而 反解出输电线路单位长度电阻、电感参数。

步骤3：参考步骤1等效输电线路，在线路某处设置经过渡电阻 的双极短路故障。根据KCL与VAR，列写双端故障网孔电压方程， 仍使用平波电抗器压降与电抗比值代替电流微分。两式相减可消去过 渡电阻的影响。定义λ为故障位置与一端换流站的距离与线路全长的 比值，由步骤2的公式推导出λ的表达式。

步骤4：运用最小二乘法计算出λ的波动中心，即为故障位置。

本发明通过上述四个步骤，能够求解出架空线路等效RL参数， 计算线路任意位置发生双极短路故障的位置。

附图说明