含电力电子变压器的直流配电网的故障测距方法

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含电力电子变压器的直流配电网是当前的研究热点,直流配电线路的故障测距技术是快速定位故障点,尽快恢复供电的重要技术支撑。提出了两种适用于含电力电子变压器的直流配电网故障测距方法:基于电流高频分量的测距方法和基于直流分量的测距方法。通过对测量得到的故障暂态电流波形进行差分滤波和全周傅氏分解,实现对衰减直流分量的消除与故障高频成分的提取;通过对测量得到的故障暂态电流、电压波形进行切比雪夫低通滤波,实现对低频分量的提取,进一步通过求解积分均值计算直流分量;然后利用从换流器出口分别计算到故障点过渡电阻上电压相同的特点,推导出两种方法的测距函数,从而实现故障测距。论文取得了如下研究成果。首先,在总结前人研究成果并结合课题示范工程相关指标要求的基础上,对交直流混合电网使用的电力电子变压器的结构进行了较为详细的说明和模型搭建。分析了电力电子变压器中压直流端口发生单极接地故障和极间短路故障时的故障机理并划分了故障过程的两个阶段。同时,结合电路分析理论给出了故障后DAB模块出口电容放电的数学表达式和电感电流表达式。其次,在总结基于VSC的柔性直流配网和传统交流配网测距方法的基础上,提出了直流配电线路的两种测距方法:基于电流高频分量的直流配电线路双端故障测距方法和基于直流分量的直流配电线路双端故障测距方法。在直流配电网故障特性分析的基础上,分别对单极接地故障和极间短路故障在故障距离、过渡电阻两个方面进行不同组合设置,对提出的测距算法进行多样化有效性验证。此外,为了更加契合电网实际运行,仿真验证时还设置了三种常见的两侧系统参数不同的情形,多维度考察所提测距方案的工程应用价值。PSCAD仿真验证了所提方法在多种故障情形下均能较为精准地实现故障测距,在两侧系统参数不对称时仍具有较高的测距精度,有着良好的工程实践价值。最后,建立了含电力电子变压器的”T”型接线直流配电网的拓扑结构,提出了故障区段的确定方法和流程。在故障定位的基础上,结合三端直流配电网故障等值电路,详细推导了两种测距方法的故障测距函数。PSCAD仿真结果验证了测距方法的有效性。本文完成了含电力电子变压器的直流配电网的故障测距方法研究,包括由两台电力电子变压器构成的双端直流配电网的故障测距和由三台电力电子变压器构成的多端直流配电网的故障测距方法研究,具有创新性与良好的工程应用价值。
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