[发明专利]一种基于主动注入的早期故障区段定位方法

权利要求书

1.一种基于主动注入的早期故障区段定位方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、基于直流电缆的早期故障特征，构建柔性直流系统的早期故障模型表达式；

其中，以表征直流电缆击穿期的模型作为早期故障模型，并选用Paukert电弧模型来进行早期故障特性研究，模型表达式为：

式中，V_arc为电弧电压；I_arc为电弧电流；R_arc为电弧电阻；L为电极间距；

由上式可知，在电极间距一定的前提下，电弧电阻是关于电弧电压或电弧电流的非整反幂函数，即表现为非线性电阻且随着电压或电流的增大而减小；

步骤2、基于所构建的早期故障模型表达式，利用对DC/DC换流器的主动控制，向柔性直流系统主动注入扰动电流；

其中，所述向柔性直流系统主动注入扰动电流的过程具体为：

根据直流变压器的工作原理可知：当提高运行电压指令值，使得光伏阵列运行在最大功率点右侧时，受光伏输出特性约束，运行电压将增大，输出电流及功率降低，结合Boost电路处于放电状态的回路方程为：

U_PV＝U₁+L₀di_L/dt

式中，L₀为Boost电路电感；U_PV为光伏发电单元的运行电压；U₁为直流变压器低压侧电压；i_L表示通过L₀的电流；

由上式可知，运行电压U_PV增大与运行电流I_PV突降，将导致直流变压器低压侧电压U₁变大，最终使得DCT出口电压U₂增大；

进一步的，根据DCT出口电压U₂的增大对早期故障回路的影响，受网侧定直流电压控制策略约束，DC/DC换流器出口电压近似不变，且正常运行时潮流方向为光伏场站侧流向网侧，则当DCT出口电压U₂增大时，线路电流将增大，早期故障支路电流I_f也随之增大，故通过提高最大功率跟踪算法中的运行电压指令值，即可向柔性直流系统主动注入扰动电流；

步骤3、根据注入扰动电流后的早期故障特征，获得早期故障识别判据，并以此制定柔性直流系统的早期故障处理方案；

其中，根据注入扰动电流后的早期故障特征，获得早期故障识别判据的过程具体为：

定义特征量波动电阻R_wav，以体现早期故障前后与扰动电流注入前后的回路变化特征，表达式为：

I_{unb_max}＝0.03I₁

式中，|I₁+I₂|代表线路的差动电流；U₁₁代表线路极间电压；K为任一给定值，代表由不平衡电流导致的高阻抗；I_{unb_max}表示正常不平衡电流，其值受互感器噪声、线路分布电容电流影响，取0.03倍的线路电流；

正常运行时，线路首末端电流近似相等，使得差动电流|I₁+I₂|小于I_{unb_max}，此时波动电阻R_wav等于K；

当发生早期故障f₁时，差动电流|I₁+I₂|等价于早期故障支路电流I_f，其值一般大于I_{unb_max}，此时根据上式，波动电阻R_wav近似等于早期故障电阻R_f；

当向柔性直流系统主动注入扰动电流时，若系统无早期故障，此时差动电流仍应小于I_{unb_max}，使得波动电阻R_wav等于K，其值与注入前一致；

若系统发生早期故障，则波动电阻R_wav将因早期故障电阻的变小而变小，故扰动电流注入前后，正常运行与早期故障状态下，波动电阻R_wav的变化存在差异，以此形成早期故障识别判据R，表示为：

R＝R_wavj-R_wavjn(n＝1,2)

式中，R_wavj表示扰动电流注入前的波动电阻；R_wavjn为第n次扰动电流注入后的波动电阻；

为提高早期故障识别的可靠性，连续注入两次，且均满足早期故障识别判据R大于0时，才判定系统发生了早期故障。