本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种柔性直流微网故障定位方法。
背景技术
随着电压源换流器(voltagesourcedconverter，vsc)的发展以及分布式电源和直流负荷的不断增加，柔性直流微网由于其具有控制灵活、便于接纳分布式电源与直流负荷、电能质量好等优点已引起国内外广泛关注。准确的故障测距方法是实现保护功能和故障快速清除的关键。然而目前的直流故障测距方法易受过渡电阻的影响，严重影响故障测距的精度。因此亟需研究一种不受过渡电阻影响的故障定位方法。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出了一种柔性直流微网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在限流电抗器处增设一个电压互感器，以测量限流电抗器上的压降；
2)根据测量的限流电抗器的压降计算故障电流导数；
3)根据测量的限流电抗器压降的幅值确定故障发生时刻；
4)利用故障发生时刻一个采样点的信息，列写线路电压微分方程；
5)依据故障发生时刻过渡电阻上的电流为零，将计算得到的故障电流的导数代入线路电压微分方程，计算得到故障距离，实现故障定位。
所述步骤1)增设的电压互感器与限流电抗器并联，用于测量限流电抗器两端的压降。
所述故障电流导数的计算公式为：
式中，ul(0)为限流电抗器两端的故障发生时刻压降，llimit为限流电抗器的电感值。
所述步骤3)根据测量的限流电抗器压降的幅值确定故障发生时刻的判定条件为：
ul(t)＞uset
式中，ul(t)为t时刻的限流电抗器压降，uset为线路最末端发生过渡电阻故障的初始时刻的限流电抗器压降；
正常情况下，限流电抗器压降为0；当发生短路故障，限流电抗器压降发生阶跃，通过识别限流电抗器压降的阶跃时刻，以确定故障发生时刻。
所述步骤4)列写的线路电压微分方程为：
式中，u(t)和i(t)分别为保护安装处电压、电流的瞬时值；r和l分别为单位长度电缆的电阻和电感参数；x为保护安装处到故障点的距离，if(t)为流过故障电阻的电流，rf为故障点的过渡电阻。
所述步骤4)在电感的作用下，故障发生时刻的电流不发生突变，流过故障点过渡电阻的电流为0，即：
if(0)＝0
式中，if(0)为故障发生时刻的流过故障点过渡电阻的电流。
所述故障距离的计算公式为：
式中，x为保护安装处到故障点的故障距离；r和l分别为单位长度电缆的电阻和电感参数；u(0)、i(0)分别为保护安装处的故障发生时刻电压、电流的瞬时值。
所述步骤5)仅利用故障发生时刻一个点的采样信息计算故障距离，在不受过渡电阻的影响下实现故障测距。
本发明的有益效果在于：
与现有的直流故障测距方法相比，本发明依据在电感的作用下故障发生时刻电流不会突变，流过过渡电阻的电流为0的特征，并结合限流电抗器的压降计算故障电流导数，从而利用故障发生时刻一个采样点的信息，列写回路电压方程，求解故障距离，最终消除了过渡电阻的影响，提高了故障定位方法的精度；结合柔性直流系统配置限流电抗器的结构特点，本发明在限流电抗器处增设一个电压互感器，通过测量限流电抗器的压降可计算获得故障电流的导数，将故障电流导数代入回路电压方程可求解出故障距离，实现故障定位。本方法提高了故障定位的速度，且不受过渡电阻的影响。大量仿真结果表明，本发明的效果良好。
附图说明
附图1为所提故障定位方法的工作流程图；
附图2为故障线路电流电压示意图；
附图3为柔性直流系统简化示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图1为本发明提出的一种柔性直流微网故障定位方法流程图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在限流电抗器处增设一个电压互感器，以测量限流电抗器上的压降；
步骤2：通过测量限流电抗器的压降可计算获得故障电流的导数；
步骤3：根据测量的限流电抗器压降的幅值确定故障发生时刻；
步骤4：利用故障发生时刻一个采样点的信息，对故障初始时刻列写线路电压微分方程。由于故障初始时刻过渡电阻的电流为零，可消除过渡电阻的影响；
步骤5：依据故障发生时刻过渡电阻上的电流为零，将计算得到的故障电流的导数代入线路电压微分方程，，仅利用故障发生时刻一个采样点的信息计算出故障距离，实现故障定位。
具体的，所述步骤1增设的电压互感器与限流电抗器并联，用于测量限流电抗器两端的压降。这一压降在正常运行时为一个很小的值，在故障时幅值较大，因此还可以将此电压值作为故障定位方法的启动判据。如图2所示的故障线路电流电压示意图，在一个柔性直流微网的m处设置了电压互感器tv1和电流互感器ta，分别测量线路电压和线路电流，另外在限流电抗器处增设了一个电压互感器tv2，以测量限流电抗器上的压降。
具体的，所述步骤2-步骤4的具体分析过程如下：
柔性直流微网在双极短路情况下，忽略线路分布电容的影响，线路可等效为r-l模型，通过列写并求解微分方程，可求得故障距离。若存在过渡电阻，微分方程中就会耦合进对侧电流，从而无法准确求解。在故障起始时刻，由于电感的作用，电流不能突变，流过故障电阻的电流为0。因此可以利用故障发生时刻的一个采样点信息，列写回路微分方程，从而消除过渡电阻的影响。如图3所示的柔性直流系统简化示意图，对于含过渡电阻的故障，针对故障线路列写微分方程：
式中，u(t)和i(t)分别为保护安装处电压、电流的瞬时值；r和l分别为单位长度电缆的电阻和电感参数；x为保护安装处到故障点的距离，if(t)为流过故障电阻的电流，rf为故障点的过渡电阻。
根据基尔霍夫电流定位，对于故障点处列写kcl方程：
if(t)＝i1(t)-i2(t)
式中，if(t)为流过故障电阻的电流，i1(t)为故障点前线路电流，i2(t)为故障点后线路电流。
由于线路电感的作用，在故障发生时刻(t＝0)，不管是故障点前线路电流还是故障点后线路电流都不会发生突变，因此
i1(0)＝i2(0)
从而可得出：
if(0)＝0
即在故障发生时刻(t＝0)，流过故障电阻的电流if(0)为0。
进而得到故障发生时刻的表达式为：
因此，在故障发生时刻求解线路微分方程，可消除故障电阻的影响。由于所述故障定位方法只利用故障发生时刻的信息进行定位，而故障发生时刻只有一个采样点，无法利用传统的差分代替微分的方法求取电流导数。对于这一问题，可结合柔性直流系统一般配置限流电抗器的结构特点，利用测量的限流电抗器压降计算出电流微分项，最终可利用故障发生时刻的一个点采样信息实现故障定位。
利用tv2测量出限流电抗器的压降，由于电抗器压降与流过其电流的导数存在线性如下关系：
因此可利用限流电抗器的压降表示故障电流的导数。
最终，利用故障发生时刻的信息可计算出故障距离，而不受过渡电阻的影响，所述故障距离为：
式中，x为保护安装处到故障点的故障距离；r和l分别为单位长度电缆的电阻和电感参数；u(0)、i(0)分别为保护安装处的故障发生时刻电压、电流的瞬时值。
其中，故障发生时刻的判定条件为：
ul(t)＞uset
式中，ul(t)为t时刻的限流电抗器压降，uset为线路最末端发生过渡电阻故障的初始时刻的限流电抗器压降；
正常情况下，限流电抗器压降为0；当发生短路故障，限流电抗器压降发生阶跃，通过识别限流电抗器压降的阶跃时刻，以确定故障发生时刻。
由于测距公式中已包含了故障前的负荷电流信息(i(0))，因此所提测距方法不受负荷电流大小的影响。
实施例1
为了验证本发明的实用性和有效性，本实施例在pscad/emtdc上进行模拟仿真，并输出测试结果。首先搭建如图3所示的柔性直流系统简化示意图，由表1列出了在mn线路上不同故障位置和过渡电阻下，本发明的故障定位方法的测试结果。由表1可以看出，本方法的测距误差在200ω的故障电阻下仍能保持在5％以下，具有极强的耐受过渡电阻的能力。
表1不同故障条件下所提方法测距结果
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。