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直流配电线路故障行波定位方法研究

马金杰  
【摘要】:随着分布式电源和电动汽车充电桩等设备大量接入电网,配电网的源荷直流化特征愈发明显,有利的推动了直流配电网的发展。故障测距作为保障电力系统安全运行的关键技术之一,在直流配电线路发生短路故障后,快速、准确的识别故障线路和确定故障点位置,有利于工作人员及时修复故障、减少停电时间,对于提高电力系统的安全运行和供电可靠性具有重要意义。论文主要研究了直流侧线路故障的定位方法。由于运行方式及拓扑结构的差异,直流配电线路的故障特征与交流配电线路故障存在明显不同,所以传统交流配电网中各种基于序分量的故障定位方法不再适用。基于行波原理的测距方法具有测距精度高,受系统运行方式影响小的优点,因此本文在研究直流配电线路故障初始行波传播特性的基础上,提出一种基于多点测量的行波定位算法。主要工作及结论如下:(1)介绍直流配电网发展的背景及课题意义,总结分析了现有交流配电线路与直流配电线路的故障定位方法。目前关于直流配电线路故障测距方法的研究相对较少,需要进一步研究。(2)分析了故障行波在直流线路中的传播特性。直流配电网有多种拓扑结构,故障初始行波在不同的网络中传播特性存在差异,在环状网络中最为复杂,要求算法具有良好的拓扑适应能力。总结分析了不同行波测距原理的特点,在直流配电网络中,宜采用多端法进行故障测距。(3)提出一种基于多点测量信息的故障定位策略,构造了一种基于路径最小故障发生时刻的多端行波测距算法。对算法涉及的技术及问题进行分析研究,通过小波变换实现故障初始行波到达时刻的准确标定,在测距主站给出筛选有效记录的方法,利用Floyd算法搜索全网各检测点之间的最短路径,最后计算出可能的故障发生时刻矩阵,判断矩阵元素的大小识别出故障路径,再进行故障定位。在环网中,因故障行波传播路径不唯一,可能导致选线错误,对此通过校验,选取可能的故障点,比较曼哈顿距离后给出与实际情况最相近的结果。(4)算法充分利用全网检测点记录的故障信息,提高了测距系统的可靠性,同时兼具选线和测距功能且不受网络拓扑限制。在PSCAD搭建双端供电模型,搭建算例,仿真了直流配电线路和直流配电母线故障场景,通过提取故障数据,对算法进行了测试,验证了算法的有效性。直流配电线路故障定位方法的研究及应用,可加快故障处理速度,减小停电时间和经济损失。所提算法还需到现场进行进一步的实验,根据实际遇到的问题对算法进行改进。


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