一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法

1.本发明属于直流配电网技术领域，具体涉及一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法。


背景技术：

2.直流配电网是相对于交流配电网而言的，其提供给负荷的是直流母线，直流负荷可以直接由直流母线供电，而交流负荷需要经过逆变设备后供电，如果负荷中直流负荷比例较大，直流配电将会有较大优势。直流配电网线损小，可靠性高、无需相频控制、接纳分布式电源能力强。
3.寻找故障设备的有故障部件。为确定故障根源，常常需要将诊断、测试及性能监测获得的数据结合起来进行分析。故障定位的手段主要有诊断、试运行及软件检查。
4.随着需求侧和电源侧的直流化，直流配电网的研究热度逐渐上升，目前对直流配电网的电压等级序列、功率传输效率、电能质量、接地方式、分布式电源接入技术等内容已有了一定量的研究，但鲜有对直流配电网故障定位的研究，因此目前亟需一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法，以解决上述背景技术中提出的随着需求侧和电源侧的直流化，直流配电网的研究热度逐渐上升，目前对直流配电网的电压等级序列、功率传输效率、电能质量、接地方式、分布式电源接入技术等内容已有了一定量的研究，但鲜有对直流配电网故障定位的研究的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法，包括以下步骤：
7.步骤一：针对直流配电系统提出故障定位监控方法，利用区间故障分量电流方向判断故障区间，并针对故障附加电路，列出节点电压方程，求解出故障点的位置；
8.步骤二：故障后故障区间的等效电路，故障区间两侧等效电动势为em，en，等值阻抗分别为zm，zn，故障区间阻抗为f点发生短路故障后，线路m，n端的电流分别im，in，if是故障等效电流源，其值为故障接地电流；
9.步骤三：故障附加电路下的节点电压或支路电流可通过其余等效电路求出，具体公式如下：
[0010][0011]
步骤四：直流配电网的复杂拓扑与换流器的控制策略，令故障后暂态时的电气量难以估计，故障分量需在换流器处电容与线路分布电充放电结束，系统进入新的稳态时获得，由于电容充放电暂态过程很短，且存在限流设备的情况下，故障过电流得到限制，无需立即隔离故障，故可在稳态收集故障分量信息；
[0012]
步骤五：直流配电网发生单极接地故障后，直流侧母线故障极对地电压迅速降至零附近，非故障极电压也迅速下降，正负极对地电压呈现不平衡的特点，可以以此作为单极接地故障的判据，根据这个特征有：
[0013]
|u
p
un|＞u
set1
[0014]
t1＞t
set1
[0015]
步骤六：直流配电网发生极间短路故障后，直流侧电容迅速向故障点放电，直流侧母线电压迅速下降，线路电流激增，呈现低电压过电流的特点。根据该特点，极间故障的判据可为：
[0016]
|u
p
un|＞u
set2
[0017]
|ik|＞i
set
；k＝p,n
[0018]
t2＞t
set2
[0019]
步骤七：在故障附加电路中只存在故障等效电流源供电，因此故障区间两端支路电流方向相反，非故障区间两端支路电流方向相同，即：
[0020][0021]
配电网线路故障可以看作是网络拓扑发生变化；
[0022]
步骤八：通过解方程式可以发现故障测距结果与过渡电阻无关，且由于直流配电系统中电压与电流仅有幅值，使方程易于求解。
[0023]
优选的，其特征在于：所述步骤二中，故障后，直流侧系统的电压以及分布式电源的并网电压不再保持与故障前相等，因此可将故障电路可视作三个等效电路的叠加。
[0024]
优选的，所述三个等效电路分别为非故障电路、附加电动势等效电路和故障附加电路。
[0025]
优选的，所述非故障电路：一般情况下认为是指正常运行状态，其中e
m0
，en0为正常运行时故障区间两侧等效电动势，该部分线路的电气量可由正常运行时的潮流信息获得。
[0026]
优选的，所述附加电动势等效电路：指故障后直流侧母线电压变化部分引起的线路响应，该部分变化电压引起的潮流分布可根据电源值的变化与线路的电导矩阵求出。
[0027]
优选的，所述故障附加电路：仅由故障点等效电源引起的线路响应。
[0028]
优选的，所述步骤三中，si为故障后节点电压或支路电流，s
′i为非故障电路的节点电压或支路电流，为附加电动势等效电路中的节点电压或支路电流，为了避免线路电感与电容的影响，在故障分量的计算中所使用的电气量皆为原值的直流分量。
[0029]
优选的，所述步骤五中，p、n分别表示正负极电压，u
set1
、t
set1
为单级接地故障判断的门槛值，可取u
set1
为0.2pu。
[0030]
优选的，所述步骤六中，u
set2
、i
set
、t
set2
为极间接地故障判断的门槛值，可取u
set2
为0.5pu，i
set
为2pu。
[0031]
优选的，所述步骤八中，解方程的步骤中可以看出该方法不受过渡电阻与故障类型的影响，且定位的精度满足要求。
[0032]
与现有技术相比，本发明提供了一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法，具备以下有益效果：
[0033]
本发明提出的直流配电网故障定位方法利用故障分量法提取出故障分量信息，在
由故障后系统的拓扑变化，列出故障附加电路的节点电压方程组，求解方程组结果实现故障测距，不受过渡电阻与故障类型影响，求解的精度满足误差要求，有效地避免了随着需求侧和电源侧的直流化，直流配电网的研究热度逐渐上升，目前对直流配电网的电压等级序列、功率传输效率、电能质量、接地方式、分布式电源接入技术等内容已有了一定量的研究，但鲜有对直流配电网故障定位的研究的问题。
具体实施方式
[0034]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
本发明提供一种技术方案：一种用于直流配电网故障定位的监控终端及监控方法，包括以下步骤：
[0036]
步骤一：针对直流配电系统提出故障定位监控方法，利用区间故障分量电流方向判断故障区间，并针对故障附加电路，列出节点电压方程，求解出故障点的位置；
[0037]
步骤二：故障后故障区间的等效电路，故障区间两侧等效电动势为em，en，等值阻抗分别为zm，zn，故障区间阻抗为f点发生短路故障后，线路m，n端的电流分别im，in，if是故障等效电流源，其值为故障接地电流；
[0038]
步骤三：故障附加电路下的节点电压或支路电流可通过其余等效电路求出，具体公式如下：
[0039][0040]
步骤四：直流配电网的复杂拓扑与换流器的控制策略，令故障后暂态时的电气量难以估计，故障分量需在换流器处电容与线路分布电充放电结束，系统进入新的稳态时获得，由于电容充放电暂态过程很短，且存在限流设备的情况下，故障过电流得到限制，无需立即隔离故障，故可在稳态收集故障分量信息；
[0041]
步骤五：直流配电网发生单极接地故障后，直流侧母线故障极对地电压迅速降至零附近，非故障极电压也迅速下降，正负极对地电压呈现不平衡的特点，可以以此作为单极接地故障的判据，根据这个特征有：
[0042]
|u
p
un|＞u
set1
[0043]
t1＞t
set1
[0044]
步骤六：直流配电网发生极间短路故障后，直流侧电容迅速向故障点放电，直流侧母线电压迅速下降，线路电流激增，呈现低电压过电流的特点。根据该特点，极间故障的判据可为：
[0045]
|u
p
un|＞u
set2
[0046]
|ik|＞i
set
；k＝p,n
[0047]
t2＞t
set2
[0048]
步骤七：在故障附加电路中只存在故障等效电流源供电，因此故障区间两端支路电流方向相反，非故障区间两端支路电流方向相同，即：
[0049][0050]
配电网线路故障可以看作是网络拓扑发生变化；
[0051]
步骤八：通过解方程式可以发现故障测距结果与过渡电阻无关，且由于直流配电系统中电压与电流仅有幅值，使方程易于求解，本发明提出的直流配电网故障定位方法利用故障分量法提取出故障分量信息，在由故障后系统的拓扑变化，列出故障附加电路的节点电压方程组，求解方程组结果实现故障测距，不受过渡电阻与故障类型影响，求解的精度满足误差要求，有效地避免了随着需求侧和电源侧的直流化，直流配电网的研究热度逐渐上升，目前对直流配电网的电压等级序列、功率传输效率、电能质量、接地方式、分布式电源接入技术等内容已有了一定量的研究，但鲜有对直流配电网故障定位的研究的问题。
[0052]
本发明中，优选的，所述步骤二中，故障后，直流侧系统的电压以及分布式电源的并网电压不再保持与故障前相等，因此可将故障电路可视作三个等效电路的叠加。
[0053]
本发明中，优选的，所述三个等效电路分别为非故障电路、附加电动势等效电路和故障附加电路。
[0054]
本发明中，优选的，所述非故障电路：一般情况下认为是指正常运行状态，其中e
m0
，en0为正常运行时故障区间两侧等效电动势，该部分线路的电气量可由正常运行时的潮流信息获得。
[0055]
本发明中，优选的，所述附加电动势等效电路：指故障后直流侧母线电压变化部分引起的线路响应，该部分变化电压引起的潮流分布可根据电源值的变化与线路的电导矩阵求出。
[0056]
本发明中，优选的，所述故障附加电路：仅由故障点等效电源引起的线路响应。
[0057]
本发明中，优选的，所述步骤三中，si为故障后节点电压或支路电流，s
′i为非故障电路的节点电压或支路电流，；为附加电动势等效电路中的节点电压或支路电流，为了避免线路电感与电容的影响，在故障分量的计算中所使用的电气量皆为原值的直流分量。
[0058]
本发明中，优选的，所述步骤五中，p、n分别表示正负极电压，u
set1
、t
set1
为单级接地故障判断的门槛值，可取u
set1
为0.2pu。
[0059]
本发明中，优选的，所述步骤六中，u
set2
、i
set
、t
set2
为极间接地故障判断的门槛值，可取u
set2
为0.5pu，i
set
为2pu。
[0060]
本发明中，优选的，所述步骤八中，解方程的步骤中可以看出该方法不受过渡电阻与故障类型的影响，且定位的精度满足要求。
[0061]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。