CN113358973B - 一种柔性直流电网故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性直流电网故障检测方法。本发明的柔性直流电网故障检测方法基于故障分量构成启动判据判断是否发生短路故障，获取故障电压2模分量，建立故障线路识别判据实现柔性直流电网故障快速检测。本发明的柔性直流电网故障检测方法具备速动性和耐高过渡电阻特性，能快速识别故障线路、故障类型和故障极。

Description

一种柔性直流电网故障检测方法
技术领域
本发明涉及电网故障检测领域，具体涉及一种柔性直流电网故障检测方法。
背景技术
在被保护线路发生单极接地、双极短路等故障时，直流线路检测启动并快速可靠地检测故障，以达到给直流断路器发送开断指令以便快速隔离的目的。柔性直流电网线路发生短路故障时，电气量具有以下故障特性：直流极间电压迅速跌落至零，桥臂电流和直流电流在几个毫秒内迅速上升。这对线路故障检测提出了极高的要求，即要求在几个毫秒内实现故障的可靠定位。
现有柔性直流电网线路故障快速检测方案存在着以下不足：过度依赖电气量幅值及其变化率，对过渡电阻极其敏感，仅对低过渡电阻故障工况响应灵敏度高，难以准确且全面检测柔性直流电网线路短路故障；以牺牲速动性换取耐过渡电阻能力的故障检测方案难以快速且全面检测柔性直流电网所有线路短路故障。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种柔性直流电网故障检测方法。为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下。
一种柔性直流电网故障检测方法包括：
对直流电压进行采样，提取故障分量；
基于故障分量构成启动判据判断是否发生短路故障；其中，所述启动判据为式一(1)：
式中，uRp、uRm、uRn分别为正极线、金属回线、负极线限流电抗器线路侧测得的电压故障分量，UThre1为启动判据阈值电压；当满足式一(1)，则故障检测启动。用式二(2)将时域量转变为模域量，获取故障电压2模分量uR2:
式中，uR0，uR1，uR2为故障电压模域量，其中，uR0，uR1为故障电压0和1模分量；
建立故障线路识别判据；其中，故障线路识别判据包括低阻判据和高阻判据，其中低阻判据用于识别接地电阻较低的故障，而未能满足低阻判据的高阻故障则采用高阻判据来识别，低阻判据包括：
式中，uR代表uRp或uRm或uRn；Δ1是基于电压变化率辅助判据的阈值，其选取需要小于发生近区故障时R12对地故障电压变化率，Krel2为可靠性系数；
高阻判据包括：
R(uref,uR2)＞Rthre＝Krel1R(uref,uR2_ex) (4)
式中，R(x,y)是利用皮尔逊相关系数计算的x和y之间的相似度；uR2_ex是在发生区外故障时，故障检测装置测得的故障电压2模分量；Rthre是故障线路识别阈值，Krel1为可靠性系数设为，uref为当直流线路中点发生金属性单极接地故障时，故障检测装置测得的故障电压2模分量；
基于高阻判据和/或低阻判据判断线路是否发生短路故障；
建立由0、1、2模故障电压幅值构成的故障类型识别判据；其中，所述故障类型识别判据包括：
|ku0|＜Krel3&|ku1|＜Krel3 (5)
式中，Tw为时间窗口，Krel3是故障类型识别的阈值；
基于故障极识别判据判断短路故障类型是双极短路故障还是单极接地故障；
建立由0、1、2模故障电压极性构成的故障极识别判据；其中，所述故障极识别判据包括：
ku0＜0&ku1＜0 (6)
基于故障极识别判据判断单极接地故障是负极接地故障还是正极接地故障。
优选的，所述提取故障分量包括通过故障后电压减去故障前电压提取故障分量。
优选的，所述启动判据阈值电压小于线路末端发生高阻故障时限流电抗器线路侧对应的最小电压变化量。
优选的，所述区外故障包括远端限流电抗器阀侧发生的金属性短路故障。
优选的，故障线路识别阈值Rthre大于发生最严重区外故障时uref和uR2_ex的波形相似度。
相对于现有技术，本发明的有益技术效果在于：本发明的柔性直流电网故障检测方法基于故障分量构成启动判据判断是否发生短路故障，获取故障电压2模分量，建立故障线路识别判据实现柔性直流电网故障快速检测。本发明的柔性直流电网故障检测方法具备速动性和耐高过渡电阻特性，能快速识别故障线路、故障类型和故障极。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为柔性直流电网故障检测方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例的柔性直流电网故障检测方法包括：
对直流电压进行采样，通过故障后电压减去故障前电压提取故障分量；
利用故障分量构成启动判据判断系统中是否发生短路故障，启动判据如下：
式中，uRp、uRm、uRn分别表示正极线、金属回线、负极线限流电抗器线路侧测得的电压故障分量。UThre1为启动判据阈值电压，其选取需要小于线路末端发生高阻故障时限流电抗器线路侧对应的最小电压变化量。
利用三阶相模变换矩阵将时域量转变为模域量，获取故障电压2模分量:
式中，uR0，uR1，uR2为一组故障电压模域量。
建立故障线路识别判据，包含低阻判据和高阻判据。其中，低阻识别判据由限流电抗器线路侧电压uR的变化率构成，低阻判据如下：
式中，uR代表uRp或uRm或uRn；Δ1是基于电压变化率辅助判据的阈值，其选取需要小于发生近区故障时R12对地故障电压变化率，可靠性系数设为Krel2，本文取Krel2＝1.1。
高阻识别判据由限流电抗器线路侧故障电压2模分量uR2与参考电压uref的波形相似度构成，高阻判据如下：
R(uref,uR2)＞Rthre＝Krel1R(uref,uR2_ex) (4)
式中，R(x,y)是利用皮尔逊相关系数计算的x和y之间的相似度；uR2_ex是在发生最严重区外故障时，故障检测装置测得的故障电压2模分量，最严重区外故障通常被认为是在远端限流电抗器阀侧发生的金属性短路故障；Rthre是故障线路识别的阈值，其选取需要大于发生最严重区外故障时uref和uR2_ex的波形相似度，可靠性系数设为Krel1，本文取Krel1＝1.5。参考电压uref为当直流线路中点发生金属性单极接地故障时，故障检测装置测得的故障电压2模分量。
建立由0、1、2模故障电压幅值构成的故障类型识别判据，如下：
|ku0|＜Krel3&|ku1|＜Krel3 (5)
式中，Tw为时间窗口，考虑到1kHz暂态电压的周期为1ms，为满足判据计算的可靠性，时间窗口Tw取1ms，Krel3是故障类型识别的阈值，本文取Krel3＝0.01。
建立由0、1、2模故障电压极性构成的故障类型识别判据，如下：
ku0＜0&ku1＜0 (6)
本实施例的故障检测包括：检测启动、故障线路识别、故障类型识别和故障极识别；当式(1)满足对应的不等式条件，即表明故障检测启动；当(3)、(4)满足对应的不等式条件，即表明故障线路已被识别；当(5)满足对应的不等式条件，表明发生了双极短路故障，否则为单极接地故障；当(6)满足对应的不等式条件，表明所发生的单极接地故障为负极接地故障，否则为正极接地故障。
以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种柔性直流电网故障检测方法，其特征在于，包括：
对直流电压进行采样，提取故障分量；
基于故障分量构成启动判据判断是否发生短路故障，当满足启动判据，则故障检测启动；其中，所述启动判据为式一（1）：
（1）
式中，u Rp 、u Rm 、u Rn 分别为正极线、金属回线、负极线限流电抗器线路侧测得的电压故障分量，U Thre1为启动判据阈值电压；
采用式二（2）将时域量转变为模域量，获取故障电压2模分量u R2:
（2）
式中，u R0，u R1，u R2为故障电压模域量，其中，u R0，u R1为故障电压0和1模分量；
建立故障线路识别判据；其中，故障线路识别判据包括低阻判据和高阻判据，其中低阻判据用于识别接地电阻较低的故障，而未能满足低阻判据的高阻故障则采用高阻判据来识别，低阻判据包括：
（3）
式中，u R 代表u Rp 或u Rm 或u Rn ；Δ1是基于电压变化率辅助判据的阈值，其选取需要小于发生近区故障时对地故障电压变化率，K rel2 为可靠性系数；
高阻判据包括：
（4）
式中，R(x,y)是利用皮尔逊相关系数计算的x和y之间的相似度；u R2_ex 是在发生区外故障时，故障检测装置测得的故障电压2模分量；R thre 是故障线路识别阈值，K rel1为可靠性系数，u ref 为当直流线路中点发生金属性单极接地故障时，故障检测装置测得的故障电压2模分量；
基于高阻判据和/或低阻判据判断线路是否发生短路故障；
建立由0、1、2模故障电压幅值构成的故障类型识别判据；其中，所述故障类型识别判据包括：
（5）
式中，，/>，T w 为时间窗口，K rel3是故障类型识别的阈值；
基于故障类型识别判据判断短路故障类型是双极短路故障还是单极接地故障；
建立由0、1、2模故障电压极性构成的故障极识别判据；其中，所述故障极识别判据包括：
（6）
基于故障极识别判据判断单极接地故障是负极接地故障还是正极接地故障；
其中，当式(1)满足对应的不等式条件，即表明故障检测启动；当式(3)、(4)满足对应的不等式条件，即表明故障线路已被识别；当式(5)满足对应的不等式条件，表明发生了双极短路故障，否则为单极接地故障；当式(6)满足对应的不等式条件，表明所发生的单极接地故障为负极接地故障，否则为正极接地故障。
2.根据权利要求1所述的柔性直流电网故障检测方法，其特征在于，所述提取故障分量包括通过故障后电压减去故障前电压提取故障分量。
3.根据权利要求2所述的柔性直流电网故障检测方法，其特征在于，所述启动判据阈值电压小于线路末端发生高阻故障时限流电抗器线路侧对应的最小电压变化量。
4.根据权利要求3所述的柔性直流电网故障检测方法，其特征在于，所述区外故障包括远端限流电抗器阀侧发生的金属性短路故障。
5.根据权利要求1-4任一所述的柔性直流电网故障检测方法，其特征在于，故障线路识别阈值R thre 大于发生最严重区外故障时故障检测装置测得的故障电压2模分量u ref 和发生区外故障时的故障电压2模分量u R2_ex 的波形相似度。
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