基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，該方法在分析雙端柔性直流系統發生電阻性故障時電壓振蕩特征與故障距離之間內在關系的基礎上，利用Prony算法提取暫態電壓的振蕩特征，根據單端電壓的振蕩特征計算出故障距離，并利用近、遠端故障判據區分計算過程中產生的虛根，從而對含過渡電阻的故障實現準確測距，大量仿真結果表明，本發明專利技術效果良好。

Fault location method of double ended flexible DC system based on single terminal voltage oscillation

The invention discloses a double terminal fault location method of single flexible DC system voltage oscillation characteristics based on the method in the analysis of resistive fault double flexible DC system based relationship between the oscillation characteristics and fault voltage range, the oscillation characteristics of the transient voltage provided by the Prony algorithm, the fault distance is calculated according to the the oscillation characteristics of single terminal voltage, generate and use the proximal and distal fault criterion to distinguish the calculation of the imaginary, so as to realize the accurate location of the fault transition resistance, a large number of simulation results show that the invention has good effect.

【技術實現步驟摘要】
基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法
本專利技術涉及電力系統繼電保護領域，尤其涉及一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法。
技術介紹
隨著電壓源換流器(voltagesourcedconverter，VSC)的發展以及電源和負荷中電流變換中直流環節的增加，柔性直流系統由于其具有控制靈活、便于接納分布式電源與直流負荷、供電容量大、電能質量好等優點已引起國內外廣泛關注。準確的故障定位技術即是故障后快速維修故障線路恢復正常運行的前提，又可作為保護的基礎。因此故障定位技術對柔性直流系統的安全可靠運行至關重要。柔性直流系統發生線路故障后，直流并聯電容器與故障線路構成振蕩電路，電壓的振蕩特征與故障距離存在內在關系。已有研究提出基于電壓振蕩頻率的故障測距方法，但這些研究主要是針對單端柔性直流系統或雙端柔性直流系統的金屬性故障。對于雙端柔性直流系統的電阻性故障，其故障電路復雜，難以確定電壓振蕩特征與故障距離之間的內在關系。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，其利用單端電氣量，可對含過渡電阻的故障實現準確測距。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，包括：在雙端柔性直流系統中本端電壓源換流器的出口設置互感器，測量電壓與電流；當發生故障時，提取本端電壓源換流器出口處互感器一定窗長的電壓采樣數據，并利用Prony算法對提取的電壓采樣數據進行分析，提取出故障電壓的四個振蕩因子，進而計算出故障電阻值和一對對偶的故障距離值；結合測量到的電壓與電流，以及計算出的故障電阻值進行近、遠端故障判斷，并根據判斷結果從一對對偶的故障距離值中選取最終的故障測距值。提取一定窗長的電壓采樣數據包括：電壓采樣數據窗的起點為故障發生后0.4ms，終點為故障發生后0.8ms。所述提取出故障電壓的四個振蕩因子的公式為：si＝αi+jωi,i＝1,2,3,4；其中，si為第i個振蕩因子，αi、ωi為相應的衰減因子與振蕩角速度。根據提取的四個振蕩因子s1～s4，進行如下計算：其中，b與c均為中間變量。計算出一對對偶的故障距離值的公式為：其中，C為并聯在電壓源換流器出口處電容器的電容值；x為歸一化的故障距離，即故障距離除以兩端的電壓源換流器之間的總線路長度；L和R為兩個電壓源換流器之間線路的總電感和總電阻值。計算故障電阻值的公式為：Rf＝(Lb-2R)(1-x)x。結合測量到的電壓與電流，以及計算出的故障電阻值進行近、遠端故障判斷，并根據判斷結果從一對對偶的故障距離值中選取最終的故障測距值包括：計算故障距離判斷值x′，其公式如下：其中，uM(t)為t時刻測量到的電壓值，iM(t)為t時刻測量到的電流值，Rf為計算出的故障電阻值，R為兩個電壓源換流器之間線路的總電阻值；若計算出的x′小于設定閾值，則表示發生近端故障，從一對對偶的故障距離值中選取小于設定閾值的數值作為最終的故障測距值；若計算出的x′大于設定閾值，則表示發生遠端故障，從一對對偶的故障距離值中選取大于設定閾值的數值作為最終的故障測距值。由上述本專利技術提供的技術方案可以看出，在分析雙端柔性直流系統發生電阻性故障時電壓振蕩特征與故障距離之間內在關系的基礎上，利用Prony算法提取暫態電壓的振蕩特征，根據單端電壓的振蕩特征計算出故障距離，并利用近、遠端故障判據區分計算過程中產生的虛根，從而對含過渡電阻的故障實現準確測距，大量仿真結果表明，本專利技術效果良好。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖1為本專利技術實施例提供的一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法的流程圖；圖2為本專利技術實施例提供的雙端柔性直流系統故障測距示意圖。具體實施方式下面結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術的保護范圍。實施例本專利技術實施例提供的一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，該方法針對柔性直流系統雙極電阻性故障，在電容放電階段，其故障回路可等值為四階振蕩電路，通過分析電壓振蕩特征與故障距離之間的內在關系，利用Prony算法提取暫態電壓的振蕩特征，根據單端電壓的振蕩特征計算出故障距離；同時，根據近端故障和遠端故障的電流特征差異，可進行近、遠端故障判據，以區分故障距離計算過程中的對偶結果。最終實現基于單端電氣量、可耐受過渡電阻的雙端柔性直流系統故障測距。如圖1所示，為實施例提供的一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法的流程圖，其主要包括如下步驟：步驟11、在雙端柔性直流系統中本端的電壓源換流器的出口設置互感器，測量電壓與電流。步驟12、當發生故障時，提取本端電壓源換流器出口處互感器一定窗長的電壓采樣數據，并利用Prony算法對提取的電壓采樣數據進行分析，提取出故障電壓的四個振蕩因子，進而計算出故障電阻值和一對對偶的故障距離值。本專利技術實施例中，提取一定窗長的電壓采樣數據包括：電壓采樣數據窗的起點為故障發生后0.4ms，終點為故障發生后0.8ms。本專利技術實施例中，所述提取出故障電壓的四個振蕩因子的公式為：si＝αi+jωi,i＝1,2,3,4；其中，si為第i個振蕩因子，αi、ωi為相應的衰減因子與振蕩角速度。根據提取的四個振蕩因子s1～s4，進行如下計算：其中，b與c均為中間變量。所述計算出一對對偶的故障距離值的公式為：其中，兩端的電壓源換流器出口都并聯連接有容值相同的電容器，C即為此電容器的電容值；x為歸一化的故障距離，即故障距離除以兩端的電壓源換流器之間的總線路長度；L和R為兩個電壓源換流器之間線路的總電感和總電阻值。計算故障電阻值的公式為：Rf＝(Lb-2R)(1-x)x。步驟13、結合測量到的電壓與電流，以及計算出的故障電阻值進行近、遠端故障判斷，并根據判斷結果從一對對偶的故障距離值中選取最終的故障測距值。其具體過程如下：計算故障距離判斷值x′，其公式如下：其中，uM(t)為t時刻測量到的本端電壓值，iM(t)為t時刻測量到的本端電流值，Rf為計算出的故障電阻值，R為兩個電壓源換流器之間線路的總電阻值；若計算出的x′小于設定閾值，則表示發生近端故障，從一對對偶的故障距離值中選取小于設定閾值的數值作為最終的故障測距值；若計算出的x′大于設定閾值，則表示發生遠端故障，從一對對偶的故障距離值中選取大于設定閾值的數值作為最終的故障測距值。為了便于理解，下面針對上述方案的原理進行說明。對于雙端柔性直流系統發生含過渡電阻的雙極故障，在電容放電階段，換流器處于閉鎖狀態，直流系統與交流系統彼此隔離，忽略線路的分布電容，故障電路可簡化為一個四階等值電路。根據基爾霍夫定律，可列寫如下方程：式中：uM和iM為本地測量的電壓和電流，uN和iN為對端的電壓和電流，其它參數如前所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，其特征在于，包括：在雙端柔性直流系統中本端電壓源換流器的出口設置互感器，測量電壓與電流；當發生故障時，提取本端電壓源換流器出口處互感器一定窗長的電壓采樣數據，并利用Prony算法對提取的電壓采樣數據進行分析，提取出故障電壓的四個振蕩因子，進而計算出故障電阻值和一對對偶的故障距離值；結合測量到的電壓與電流，以及計算出的故障電阻值進行近、遠端故障判斷，并根據判斷結果從一對對偶的故障距離值中選取最終的故障測距值。

【技術特征摘要】
1.一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，其特征在于，包括：在雙端柔性直流系統中本端電壓源換流器的出口設置互感器，測量電壓與電流；當發生故障時，提取本端電壓源換流器出口處互感器一定窗長的電壓采樣數據，并利用Prony算法對提取的電壓采樣數據進行分析，提取出故障電壓的四個振蕩因子，進而計算出故障電阻值和一對對偶的故障距離值；結合測量到的電壓與電流，以及計算出的故障電阻值進行近、遠端故障判斷，并根據判斷結果從一對對偶的故障距離值中選取最終的故障測距值。2.根據權利要求1所述的一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，其特征在于，提取一定窗長的電壓采樣數據包括：電壓采樣數據窗的起點為故障發生后0.4ms，終點為故障發生后0.8ms。3.根據權利要求1所述的一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，其特征在于，所述提取出故障電壓的四個振蕩因子的公式為：si＝αi+jωi,i＝1,2,3,4；其中，si為第i個振蕩因子，αi、ωi為相應的衰減因子與振蕩角速度。4.根據權利要求1所述的一種基于單端電壓振蕩特征的雙端柔性直流系統故障測距方法，其特征在于，根據提取的四個振蕩因子s1～s4，進行如下計算：

【專利技術屬性】
技術研發人員：李猛，賈科，畢天姝，朱瑞，王聰博，李晨曦，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京,11