天津大学李博通、刘涛等故障自清除型直流配电网新型双极短路故障元件识别方法

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针对故障自肃清换流器联合快速隔分开关的直流配电方式，天津年夜学智能电网研讨团队提出了一种仅需换流器出口电流及直流母线电压的故障元件辨认计划，不受过渡电阻与收集布局的影响，兼具靠得住性与经济性。

直流配电网一样平常采纳电压源型换流器，其故障电流上升速率快且无过零点，导致故障电流肃清难度很年夜。今朝直流配电网的故障隔离办法主要有两种：一是采纳半桥子模块拓扑换流器并加装直流断路器开断故障电流的方式；二是采纳故障自肃清型换流器并加装快速隔分开关肃清故障的方式。

因为直流断路器受到本钱、动作速率及靠得住性等限定今朝尚未到达成熟利用的水平，是以故障自肃清型换流器联合快速隔分开关的直流配电情势成为紧张的研讨和利用偏向之一。

采纳故障自肃清型换流器的直流配电网产生故障后，因为隔分开关没有断流才能，配电网中换流器全体进行故障自肃清操作使故障支路电流变为0后，能力应用隔分开关完成故障隔离。

因为在故障隔离时代无需辨认故障元件，是以不必要快速动作的掩护发出故障肃清敕令，但在整个体系故障电流肃清后仍必要精确辨认故障元件并打开对应的隔分开关。在故障自肃清型换流器直流配电网中，精确的故障元件辨认办法是实现快速故障规复的症结。

对付故障自肃清型直流配电网而言，今朝直流配电网的故障元件辨认办法或掩护原理年夜多针对线路区表里故障进行阐发，对直流配电网内母线故障存眷较少，且存在可用数据窗短、故障特性提取难、母线与线路近端故障区分度低等问题。针对以上难点，天津年夜学的智能电网掩护节制研讨团队研讨了一种仅寄托换流器出口电流及直流母线电压的故障元件辨认计划。

他们起首针对故障自肃清型换流器配电网分歧地位的极间故障列写电路方程，颠末推导分离获得了与故障线路两头母线及其他母线的电宇量特性，经由过程归纳总结将其界说为“母线虚拟电压”，并阐发了母线虚拟电压与故障地位的关系：产生线路内故障时，有两条母线的虚拟电压显著年夜于别的母线的虚拟电压，产生母线故障或联系关系线路端口处故障时，只有一条母线的虚拟电压显著年夜于其母线的虚拟电压。

然后研讨职员依据母线虚拟电压特征，研讨了一种故障母线或线路的主辨认办法。该办法应用母线虚拟电压降序排序后第一年夜与第二年夜的母线虚拟电压的比值作为表征线路内部故障的特性量，以此为判据辨认出故障线路或母线。

同时针对主辨认办法下母线极间故障与线路近端极间故障的辨认死区问题，他们研讨了一种自动扰动式的故障元件辅助辨认办法。起首，经由过程阐发换流器内人模块的充放电前提和路径，获得了部门全桥子模块再次投入发生放电电流且不给其他子模块充电的前提；然后寄托换流器与各隔分开关的逐次共同，子模块电容可以与故障点形成故障回路发生放电电流，经由过程检测换流器出口电荷转移量的年夜小，进而实现对故障元件的辨认。末了联合主辨认办法与辅助辨认办法，提出了一种实用于故障自肃清型直流配电网的故障元件辨认计划。

图1 故障自肃清型直流配电网故障原件辨认计划

基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了详细的算例模子，验证了所提故障元件辨认计划的靠得住性。

表1 主办法及辅助辨认办法仿真验证成果

依据理论推导与仿真成果阐发，所提辨认办法有如下特色：

1）所提出的故障元件主辨认办法仅需故障后1ms内的数据窗即可精确辨认故障线路并进行故障测距，不受过渡电阻与直流配电网布局限定，且仅需使用母线电压及母线与换流器间的电流，削减了电气传感器的使用，统筹了直流配电网故障元件辨认的靠得住性与建设的经济性。

2）所提出的故障元件辅助辨认办法仍仅需使用使用母线电压及母线与换流器间的电流，且仅寄托换流器自己发生放电电流，无需加装额外的辨认模块；形成的故障元件辨认计划能精确辨认线路故障与母线故障，永远性故障与瞬时性故障，具有优越的靠得住性与选择性。

3）主辨认办法的整定值直接设定为必定裕度的非0断定，辅助辨认办法的判据整定值也有明白的理论计算办法而非依附于仿真，是以判据的整定简单且有明白物理意义。

论文第一作者与通信作者均为天津年夜学电气工程系副传授李博通，互助者包含天津年夜学电气工程系传授李斌、天津年夜学电气工程系副传授温伟杰和天津年夜学电气工程系硕士生刘涛等。事情获得了国度天然科学基金和国度重点研发方案课题的支撑。

引用本文

李博通, 刘涛, 杨昕陆, 温伟杰, 李斌. 故障自肃清型直流配电网新型双极短路故障元件辨认办法[J]. 电工技术学报, 2022, 37(17): 4423-4434. Li Botong, Liu Tao, Yang Xinlu, Wen Weijie, Li Bin. New Fault Element Identification Method of Bipolar Short-Circuit Fault in DC Distribution Network with Fault Self-Clearing. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(17): 4423-4434.

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