CN111624439A - 一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法 - Google Patents

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万国成
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Abstract

本发明涉及配电网故障选线技术，具体涉及一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法，在发生单相故障情况时，改变接入配电网逆变器的调制策略，使得逆变器向配电网短时注入特征信号；借助配电网广泛分布的零序电流测量装置对零序电流分析，比较各测量点特征信号能量，确定故障路径，完成故障判别。该故障选线方法基于逆变器注入信号法可有效提升故障情况下的能量测度；基于逆变器注入信号法可有效提升故障选线的准确性，对注入特征信号采用能量法进行分析，相比于测量特征信号的幅值和相位，能够有效避免传感器误差，减小对配电网络的要求。另外，测量特征信号的能量能增大故障线路和健全线路之间的差异，有利于进行故障选线。

Description

一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法
技术领域
本发明属于配电网故障选线技术领域，尤其涉及一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法。
背景技术
在国家经济快速发展的时代背景下，各行各业对电能的稳定性、可靠性要求越来越高。这不仅体现用户在对电能需求量上的增大，也体现在对电能质量，尤其是对电能的可靠供应的要求越来越高。随着电网尤其是低压配电网容量不断提高，范围不断延伸，配网分支不断增多，日趋复杂。另外，电力设备尤其是大容量逆变器的不断接入都对电力系统尤其配电系统造成更大的安全隐患。电力电子设备接入增大了系统对地电容值。分布式电源(Distribution Generation，DG)装机容量不断攀升也增加了电网的安全隐患。为满足城市配电网的需求，电缆线路不断增多，一方面导致电网的可靠性降低，造成故障几率提升。另一方面，更长的线路、不断增加的电缆线路比例，使得故障情况下电容电流显著提升，一旦发生接地故障，产生的接地电弧对设备和人员安全产生严重威胁。
故障选线是在多条出线的配电网发生故障时，通过对故障信息的采集分析，得出故障线路的技术。选线技术要求故障信息量准确、稳定，这与配电网小电流接地要求相矛盾。小电流接地旨在减小故障情况下的信息量，其故障电流往往幅值小，信号微弱不稳定，这不利于选线技术采集准确的故障信息。另外，在配电网接入较多电缆线路致使电容电流增大以及随着电力电子设备接入，也进一步增大故障情况下接地电容电流，按照技术导则，需加装消弧线圈。根据其快速补偿作用，故障电流迅速被补偿，各回线路零序电流差别不大，导致线路难以选择。另外，消弧线圈采用不同的运行方式，将会故障线路零序电流幅值、相位差异较大，对网络故障选线造成困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法，包括以下步骤：
S1、配电网电压互感器TV检测到系统零序电压越限，判断为单相接地故障；
S2、改变逆变器调制策略，向配电网注入特征信号；
S3、通过各节点电流测量装置获取各个测量点的零序电流；
S4、选取逆变器注入电流一个工频周期后的两个工频周期时间窗，对特征信号进行能量计算，得出各线路测量点特征信号能量；
S5、根据特定时间窗内特征信号能量大小，判定特征信号能量路径；
S6、通过特征信号能量流通路径，确定故障线路，完成故障选线。
在上述的基于逆变器注入特征信号的故障选线方法中，S2的实现包括：确定配电网为永久性接地故障，且躲过故障情况下暂态过程的时间延迟后，改变逆变器调制策略；将载波和参考波进行比较，通过开关器件产生开关序列，向配电网注入特征信号。
本发明的有益效果：基于逆变器注入信号法可有效提升故障情况下的能量测度；基于逆变器注入信号法可有效提升故障选线的准确性，对注入特征信号采用能量法进行分析，相比于测量特征信号的幅值和相位，能够有效避免传感器误差，减小对配电网络的要求。测量特征信号的能量能增大故障线路和健全线路之间的差异，有利于进行故障选线。相较于以注入特征信号的幅值相位作为判据，采用注入特征信号的能量作为判据，能提高故障选线的准确性。
附图说明
图1为本发明一个实施例选线流程图；
图2为本发明一个实施例逆变器调制策略图；
图3为本发明一个实施例逆变器上桥臂开关序列图；
图4为本发明一个实施例逆变器注入信号单相故障等效电路图；
图5(a)为本发明一个实施例接地故障位于逆变器所在线路，特征电流流通路径图；
图5(b)为本发明一个实施例接地故障位于非注入线路，特征电流流通路径图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法，在发生单相故障情况时，改变接入配电网逆变器的调制策略，使得逆变器向配电网短时注入特征信号。借助配电网广泛分布的零序电流测量装置对零序电流分析，比较各测量点特征信号能量，确定故障路径，完成故障判别。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，如图1所示，一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法，包括以下步骤：
Step1：配电网电压互感器TV检测到系统零序电压越限，判断为单相接地故障。
Step2：零序电压保持，判断为永久性接地故障。
Step3：逆变器改变调制策略，进行特征信号注入。
Step4：通过各节点电流测量装置，获取各个测量点的零序电流。
Step5：选取逆变器注入电流一个工频周期后的两个工频周期时间窗，对特征信号进行能量计算，得出各线路测量点特征信号能量。
Step6：根据特定时间窗内特征信号能量大小，判定特征信号能量路径。
Step7：通过能量流通路径，确定故障线路，完成故障选线。
Step3逆变器改变调制策略为：当确定配网为永久性接地故障且存在躲过故障情况下暂态过程的时间延迟后，改变逆变器调制策略，逆变器调制策略如图2所示。将载波和参考波进行比较，通过开关器件产生的开关序列，对电网注入特征电流采用SPWM双极性调制，其产生的开关序列如图3所示。
图3开关序列逻辑是当特征波幅值大于载波信号时，全桥电路的上桥臂导通；特征波幅值小于载波信号，控制下桥臂导通，上桥臂关断，全桥的每相桥臂触发角相差120°。
逆变器注入信号后，配电网等效电路图如图4所示，由逆变器注入的特征信号流经网络线路对地电容、消弧线圈电感并经过故障点接地电阻。若采用的注入信号的大小为基波频率的m倍。即：
ω＝mω0 m∈(M,M+1) (1)
M为正整数，ω0为基波角频率。
采用不同的注入信号频率，特征信号在配网线路分布电容，消弧线圈电感以及接地电阻中特征信号能量不同。由于配电网在设置消弧线圈容量时，正常情况下，会将消弧线圈电感L和线路电容CΣ设置为接近谐振状态，即，
ω0L≈1/(ω0C∑) (2)
通过逆变器注入的注入信号，特征信号在消弧线圈中的感抗与分布电容的容抗之间的关系为：
ωL＝mω0L≈m/(ω0C∑)＝m2/(ωC∑) (3)
由公式(3)知，注入信号后，消弧线圈对特征信号的阻抗为基频电流信号的分布电容阻抗的m倍，线路对地电容对特征信号的电容阻抗为1/m倍。消弧线圈对特征信号的阻抗约为线路对地电容对特征信号电容阻抗的m2倍。故消弧线路中特征信号的电流约为线路对地电容中特征信号电流的1/m2。当取特征信号频率越高，在逆变器注入信号总量不变的情况下，特征信号分流到消弧线圈中的电流越小，特征信号在线路对地电容中占比较大，当故障接地电阻较大时，特征信号在接地电阻上有很大的压降，同时注入信号电流较小，信号检测同样受到影响。
故障情况下，调节逆变器控制策略，对配电网络注入特征信号。采用特征信号能量，对注入信号的特征信号进行分析，为避免配网本身暂态电流的影响，注入信号时需躲过接地故障的暂态过程，也能够避免特征信号注入时幅值相位的问题。
对注入特征信号采用能量法进行分析，相比于测量特征信号的幅值和相位，能够有效避免传感器误差，减小对配电网络的要求。另外，测量特征信号的能量能增大故障线路和健全线路之间的差异，有利于进行故障选线。因此，相较于将注入特征信号的幅值相位作为判据，将注入特征信号的能量作为判据，能提高选线的准确性。
单一信号的能量为相应时间内信号的平方和。零序电压信号用来做单相接地故障判别信号和逆变器改变策略的信号。信号能量如式(4)所示。
Figure BDA0002496799650000051
式中，i＝1,2,3，……，n。其中，n为系统测量点数目。Wi(t)为各条线路节点处时间窗内的能量和。i0i为各条线路的零序信号电流。
当接地故障位于逆变器所在线路，故障情况下，注入特征信号，特征电流沿着线路对地电容入地，通过故障点接地电阻返回，形成回路。此时，健全线路检测到的特征电流为特征信号对本条线路的电容电流。故障线路检测到特征电流为健全线路的特征信号电流。特征电流流通路径如图5(a)所示。
当接地故障位于非注入线路时，特征信号电流依然按照前述路径进行流通，其路径图如图5(b)所示。
由图5(a)、图5(b)可知，注入的特征信号流经配电网线路对地电容，当系统为消弧线圈系统时，少部分特征电流流经消弧线圈电感，后由故障点接地电阻返回逆变器。
由图4等效电路图可知，故障线路的特征信号电流为健全线路特征信号电流之和。所以，通过前述能量法进行故障选线，逆变器注入特征信号后，故障线路的特征信号能量最大。由于故障点接地电阻直接影响到注入信号能量，只需满足能够稳定可靠的检测到注入信号能量，即可完成故障线路的选取。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种基于逆变器注入特征信号的故障选线方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、配电网电压互感器TV检测到系统零序电压越限，判断为单相接地故障；
S2、改变逆变器调制策略，向配电网注入特征信号；
S3、通过各节点电流测量装置获取各个测量点的零序电流；
S4、选取逆变器注入电流一个工频周期后的两个工频周期时间窗，对特征信号进行能量计算，得出各线路测量点特征信号能量；
S5、根据特定时间窗内特征信号能量大小，判定特征信号能量路径；
S6、通过特征信号能量流通路径，确定故障线路，完成故障选线。
2.如权利要求1所述的基于逆变器注入特征信号的故障选线方法，其特征是，S2的实现包括：确定配电网为永久性接地故障，且躲过故障情况下暂态过程的时间延迟后，改变逆变器调制策略；将载波和参考波进行比较，通过开关器件产生开关序列，向配电网注入特征信号。
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