[发明专利]一种经金属回线接地的柔性直流电网双端故障测距方法

说明书

本发明提供一种经金属回线接地的柔性直流电网双端故障测距方法，包括以下步骤：在检测到直流输电线路mn故障发生后，采集线路两端的故障电压和电流时域值；利用解耦矩阵将线路两端的故障电压和电流时域值解耦为独立的0模、1模、2模分量，基于Marti频变模型，在时域下以线路m端和n端的电气量信息作为始端条件，分别计算出沿线电压和电流的模量分布；根据不同故障类型下的故障点处边界条件构造测距残差函数C(x)；按照故障类型依次将沿线不同位置处的电压和电流模量代入相应的C(x)，利用最小二乘法计算全线C(x)，通过寻找C(x)最小点确定故障距离。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种经金属回线接地的柔性直流电网双端故障测距方法。

背景技术

随着电压等级和传输容量的增加，基于模块化多电平换流器的对称双极高压直流电网已在实际工程中应用。柔性直流技术由于具有无换向失败、控制灵活、谐波性能优异等优势，在区域电网互连和可再生能源大规模接入领域中发挥着越来越重要的作用。架空线路易受环境条件影响，瞬时性故障频发影响了其输电可靠性。因此有必要研究有效的故障测距方法，实现故障快速清除。

目前，已有的柔性直流电网故障测距方法可分为行波法、人工智能法和故障分析法。行波法基于行波波头的准确识别，但是采样频率高、抗干扰能力差。人工智能算法过程复杂，用于训练的大量数据难以有效获取。故障分析法可分为单端和双端，基于线路端口采集的电压和电流信息进行故障测距。单端故障分析法中对侧系统对于故障点的馈流难以忽略，测距误差大。双端故障分析法测距精度高，在实际工程中较为实用。故障分析法中，线路模型参数的准确性将直接影响测距精度，现有测距方法多采用简化的R-L模型或者分布参数模型，忽略了线路的频变特性对于沿线电气量计算的影响。

柔性直流电网直流侧包含正极、负极和接地极，接地极为直流系统运行提供零电位参考点，并且可以分为大地回路接地方式和金属回线接地方式两种。大地回路接地方式中，直流电流经接地极直接流入大地。大电流会产生变压器直流偏磁和高跨步电压，影响设备和人身安全。而金属回线接地方式的接地极通过金属回线互联统一接地，避免了直流电流直接流入大地，是直流系统接地方式的最佳选择。金属回线接地方式将导致不同的故障类型和特性。与大地回路接地方式相比故障类型更加复杂，但是现有的故障测距方法却鲜有考虑这些新引入的故障类型，缺乏匹配适用的故障分析方法。

因此，在考虑线路频变特性的基础上，考虑金属回线接地方式带来的故障特征影响，提出适用的双端故障测距方法具有实际意义。

发明内容

本发明针对经金属回线接地的对称双极多端柔性直流电网，设计一种柔性直流电网双端故障测距方法。相较已有的双端故障测距方法，该方法考虑多端柔性直流电网由于通过金属回线接地而新引入的故障类型，构造适用于各种直流故障类型的测距判据，有效弥补了现有方法的不足。通过故障分析得到故障点处边界条件并构造测距残差函数，考虑输电线路的频变特性，基于Marti频变模型计算沿线电压和电流的模量时域值，利用最小二乘法计算全线测距残差函数最小点确定故障距离。本发明能够实现在经金属回线接地的对称双极多端柔性直流电网直流输电线路发生各种故障类型时的精确测距，抗过渡电阻和抗干扰性强。本发明的技术方案如下：

1.一种经金属回线接地的柔性直流电网双端故障测距方法，包括以下步骤：

(1)在检测到直流输电线路mn故障发生后，采集线路两端的故障电压和电流时域值；

(2)利用解耦矩阵将线路两端的故障电压和电流时域值解耦为独立的0模、1模、2模分量，基于Marti频变模型，在时域下以线路m端和n端的电气量信息作为始端条件，分别计算出沿线电压和电流的模量分布；

(3)根据不同故障类型下的故障点处边界条件构造测距残差函数C(x)，不同故障类型下的C(x)如式(1)-式(6)：

P-O-N故障：