基于暂态电流积分增量的直流配电网故障检测方法及系统

本发明属于直流配电网的故障检测领域，尤其涉及一种基于暂态电流积分增量的直流配电网故障检测方法。

背景技术：

1、随着配电网中电力电子技术的不断发展，直流配电由于换电环节少、能源效率高、控制能力强，能够更灵活地接纳新型源/荷，是配电网发展的重要方向。然而，直流配电网线路故障发展速度快、故障后果严重，通常需要在故障发生后几毫秒内快速切除故障线路。因此，直流配电网需要快速、准确的故障检测方法及系统。现有直流配电线路以单端故障检测为主，其配置简单、速动性较好，但现有直流单端故障检测技术多对边界元件故障特征依赖较大，不依赖边界元件故障特征时，单端故障检测易存在可靠性与选择性问题。随着配电系统通信能力的提高，利用线路两端故障特征的故障检测正在迅速发展，其可以不依赖边界元件故障特征，具有可靠性与选择性较高的特点，能够弥补单端故障检测的不足。然而，直流配电线路故障暂态过程短，基于双端信息的故障检测技术实际应用时存在可用故障数据有限的问题。因此，需要研究一种故障数据要求低、耐受同步误差能力强且不依赖边界元件故障特征的直流配电线路故障检测技术。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于暂态电流积分增量的直流配电网故障检测方法解决了基于双端信息的故障检测技术实际应用时存在可用故障数据有限的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于暂态电流积分增量的直流配电网故障检测方法，包括以下步骤：

3、s1、根据被检测直流线路两端的电流数据，分别计算被检测直流线路两端的电流绝对值的变化率，当任意一端的电流绝对值变化率超过设定的阈值，进入步骤s2，同时启动被检测直流线路两端的故障检测流程；

4、s2、计算被检测直流线路两端的暂态电流积分增量，并根据暂态电流积分增量计算得到积分判据；

5、s3、将被检测线路两端的积分判据进行通信交互，基于故障识别判据进行故障检测。

6、本发明的有益效果为：通过设计一种积分增量函数，提出了一种基于暂态电流积分增量的直流配电网故障检测方法，其具有选择性强、速动性好的特点，且具备不依赖边界元件故障特征、故障数据需求低的优点。本发明设计了完整故障检测方案与配合流程，实现了完整的直流配电网故障检测，对于多端环状直流配电网的故障识别、线路保护具有工程与实用价值。

7、进一步地，所述步骤s1具体为：

8、s101、采集被检测直流线路两端的电流数据，所述电流数据为被检测直流线路端口测量电流的绝对值；

9、s102、根据被检测直流线路两端的电流数据，采用一阶导数的五点数值微分法计算被检测直流线路两端的电流绝对值的变化率：

10、

11、其中，ix(t)为被检测直流线路端点的电流数据；t为时刻；δt为数据采样间隔；

12、s103、根据被检测直流线路两端的电流绝对值的变化率，当任意一端的电流绝对值变化率超过启动判据整定值，同时启动被检测直流线路两端的故障检测流程，进入步骤s2。

13、上述进一步方案的有益效果为：通过直流线路两端的电流变化率作为故障检测启动判据，能够避免所提纵联保护频繁进行故障计算、数据传输与故障判断，减少纵联保护的数据处理与通信传输压力；并且采用一阶导数五点微分算法计算直流线路电流变化率，能够减少噪声干扰，提高故障检测的准确性。

14、进一步地，所述步骤s103中启动判据整定值的表达式为：

15、k1＝krel1 max(dix(t)/dt)

16、其中，k1为启动判据整定值；krel1为启动判据的可靠系数。

17、上述进一步方案的有益效果为：以躲过正常运行时直流线路电流微分最大值作为故障检测启动判据的定值，能够防止正常运行时故障检测误启动，并且具有较好的灵敏性，能够保障故障检测快速启动。

18、进一步地，所述步骤s2具体为：

19、s201、取故障后0.5ms的故障电流数据，分别计算被检测直流线路两端的暂态电流积分增量：

20、

21、其中，jx(n)为被检测直流线路端点的暂态电流积分增量；ix(t)为被检测直流线路端口的电流数据；t为时刻；n为0.5ms内的采样点数；δt为数据采样间隔；t0为故障发生时刻；k为采样点编号；

22、s202、获取暂态电流积分增量的积分值：

23、

24、其中，zx为暂态电流积分增量的积分值；jx(k)为故障后0.5ms内被检测直流线路端点第k个采样点的的暂态电流积分增量；

25、s203、根据暂态电流积分增量的积分值，得到积分判据：

26、

27、其中，s2x为积分判据；k2为积分判据整定值。

28、上述进一步方案的有益效果为：利用所提出的积分增量函数，能够利用实际采样数据构建积分判据，所提积分判据能够准确判断故障特征，使得故障特征数据传输时数据量少，降低对通信条件的要求，提高了故障检测的可靠性。

29、进一步地，所述步骤s3具体为：

30、s301、分别计算被检测直流线路两端的积分判据，并根据被检测直流线路两端的积分判据，计算故障积分判据：

31、s3＝s2.m&s2.n

32、其中，s3为故障积分判据；s2.m为被检测直流线路本端的积分判据；&为与运算符号；s2.n为被检测直流线路对端的积分判据；

33、s302、判断故障积分判据是否为0，若是，为区内故障，完成直流配电网故障检测，否则，为区外故障，完成直流配电网故障检测。

34、上述进一步方案的有益效果为：基于积分判据得到了故障检测的判据，所需数据少，故障判断时间快，故障检测准确性高。

35、一种直流配电网故障检测系统，包括双端电流采集模块、故障检测启动模块、积分判据计算模块、故障识别模块和发信与收信模块；

36、所述双端电流采集模块，用于采集直流配电网被检测直流线路两端的电流数据；

37、所述故障检测启动模块，用于根据两端的电流数据，采用一阶导数的五点数值微分法计算被检测直流线路两端的电流绝对值变化率，当超过启动判据整定值时，向被检测直流线路两端发送故障检测启动信号，启动故障检测流程；

38、所述积分判据计算模块，用于根据两端的电流数据，计算两端的暂态电流积分增量，并根据积分判据公式，计算被检测直流线路两端的积分判据，并将积分判据发送至本端及对端的故障识别模块；

39、所述故障识别模块，用于获取本端及对端的积分判据，根据故障识别判据识别区内外故障，并向本端及对端发送动作信号；

40、所述发信与收信模块，用于发送本端的故障检测启动信号、积分判据与动作信号，并收取对端的故障检测启动信号、积分判据与动作信号。

41、本发明的有益效果为：本发明基于所提故障检测方法设计了直流配电网故障检测系统，包括数据采集模块、故障检测启动模块、积分判据计算模块、故障识别模块、通信模块等，可直接装入直流配电网故障检测/保护系统，利用采集的故障数据，能够快速、准确地识别区内外故障。