本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法。

背景技術(shù)：

隨著電壓源換流器(voltagesourcedconverter，vsc)的發(fā)展以及電源和負(fù)荷中電流變換中直流環(huán)節(jié)的增加，柔性直流系統(tǒng)由于其具有控制靈活、便于接納分布式電源與直流負(fù)荷、供電容量大、電能質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)已引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。然而柔性直流系統(tǒng)的故障特性與交流系統(tǒng)存在本質(zhì)不同，交流系統(tǒng)的故障測(cè)距方法難以直接用于柔性直流系統(tǒng)。

r-l模型算法是交流系統(tǒng)中非常成熟的故障測(cè)距方法。一些研究利用r-l模型算法構(gòu)成柔性直流線路故障測(cè)距方法，但將r-l模型算法用于柔性直流系統(tǒng)存在一定的局限性：傳統(tǒng)變量獲取方法在低采樣頻率下存在較大誤差并無法補(bǔ)償，會(huì)影響故障測(cè)距的精度。

因此希望有一種柔性直流線路故障測(cè)距方法可以克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法，利用羅氏線圈可利用輸出電壓值直接計(jì)算所測(cè)電流微分的特點(diǎn)提高故障測(cè)距的精度。

本發(fā)明提供一種基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法，包括以下步驟：

步驟一：在直流線路中增設(shè)羅氏線圈；

步驟二：根據(jù)步驟一中的羅氏線圈的電壓輸出信號(hào)計(jì)算所測(cè)量故障電流的微分；

步驟三：對(duì)故障線路列寫微分方程，獲得最終的故障測(cè)距結(jié)果。

優(yōu)選地，所述步驟一中的羅氏線圈不經(jīng)過積分環(huán)節(jié)直接連接到低通模擬濾波器，低通模擬濾波器的輸出端連接a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過光纖連接故障測(cè)距裝置。

優(yōu)選地，所述低通模擬濾波器為500hz。

優(yōu)選地，所述步驟二中羅氏線圈的電壓輸出值與所測(cè)量故障電流的微分成正比，所測(cè)量故障電流的微分公式為：

ur(t)為羅氏線圈的電壓輸出值，m為羅氏線圈的互感系數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟三中故障測(cè)距的公式為：

其中，d為需測(cè)量點(diǎn)至故障點(diǎn)的故障距離，r和l分別為柔性直流線路中單位長(zhǎng)度的電阻和電感；u(t)、i(t)分別為電壓傳感器和電流傳感器測(cè)量到的電壓、電流的瞬時(shí)值；ur(t)為羅氏線圈輸出的電壓，m為羅氏線圈的互感系數(shù)。

優(yōu)選地，所述故障測(cè)距公式根據(jù)故障采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出多個(gè)時(shí)刻的測(cè)距結(jié)果，用所有測(cè)距結(jié)果的平均值作為最終的故障測(cè)距結(jié)果。

本發(fā)明公開了一種基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法，可避免傳統(tǒng)變量獲取方法在低采樣頻率下帶來的誤差，提高故障測(cè)距的精度。

附圖說明

圖1為羅氏線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法的流程圖。

圖3為本發(fā)明的基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法的測(cè)量點(diǎn)示意圖。

圖4為羅氏線圈輸出回路示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

傳統(tǒng)微分變量獲取方法可能存在的誤差。常用的微分獲取方法是用兩點(diǎn)采樣值的差分值代替中點(diǎn)時(shí)刻的微分值，平均值代替中點(diǎn)時(shí)刻的瞬時(shí)值。柔性直流系統(tǒng)的故障電氣量主要包含衰減振蕩分量、衰減直流分量、直流分量以及諧波分量，下面對(duì)這四種分量的替代誤差分別進(jìn)行理論定性分析。

對(duì)于衰減振蕩分量：

x(t)＝ae^-αtsin(ωdt+θ)(1)

式中衰減系數(shù)α和振蕩角頻率ωd與線路參數(shù)和故障位置有關(guān)，是未知的，a與θ分別為衰減振蕩分量的幅值和初相角。

相鄰的兩個(gè)離散采樣值可表示為：

式中ts為采樣間隔。

如用n和n+1兩點(diǎn)的平均值代替中點(diǎn)t時(shí)刻的瞬時(shí)值，可得如下誤差系數(shù)公式：

式中k1表示衰減振蕩分量的瞬時(shí)值替代誤差系數(shù)。

衰減振蕩分量的導(dǎo)數(shù)表示式為：

如用n和n+1兩點(diǎn)的差分值代替中點(diǎn)t時(shí)刻的微分值，可得如下誤差系數(shù)公式：

式中k2表示衰減振蕩分量的微分值替代誤差系數(shù)。

k1和k2都是關(guān)于時(shí)間t以及衰減系數(shù)α和振蕩角頻率ωd的函數(shù)，也就是說對(duì)于衰減振蕩分量，替代誤差系數(shù)是與故障位置有關(guān)的時(shí)變未知數(shù)。

對(duì)于衰減直流分量：

x(t)＝a′e^-α′t(8)

式中α’為衰減直流分量的衰減系數(shù)，與線路參數(shù)和故障位置有關(guān)；a’為衰減直流分量的幅值。

其瞬時(shí)值替代誤差系數(shù)為：

其微分值替代誤差系數(shù)為：

k3和k4都是關(guān)于衰減系數(shù)α’的函數(shù)，因此對(duì)于衰減直流分量來說，替代誤差是與故障位置有關(guān)的未知常數(shù)。

對(duì)于直流分量，傳統(tǒng)變量獲取方法沒有誤差。

對(duì)于諧波分量：

x(t)＝ahsin(ωht+θh)(11)

式中ωh為諧波分量的角頻率，ah和θh分別為諧波分量的幅值和初相角。

其瞬時(shí)值替代誤差系數(shù)為：

k5＝cos(ωhts/2)(12)

其微分值替代誤差系數(shù)為：

k5和k6只與采樣間隔ts有關(guān)，對(duì)于諧波分量來說，替代誤差系數(shù)是已知常數(shù)。

綜上所述，采用傳統(tǒng)變量獲取方法，衰減振蕩分量的替代誤差系數(shù)為時(shí)變未知數(shù)，衰減直流分量的替代誤差系數(shù)為未知常數(shù)，直流分量不存在替代誤差，諧波分量的替代誤差系數(shù)為已知常數(shù)。柔性直流系統(tǒng)的故障電氣量在不同的時(shí)間階段含有不同的分量，而且各分量所占比例無法確定，因此很難對(duì)替代誤差進(jìn)行修正。

如圖1所示，羅氏線圈不含鐵芯，它往往是由漆包線均勻繞制在環(huán)形骨架上制成，一次電流的導(dǎo)體穿過圓形骨架的圓心，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，羅氏線圈的輸出電壓為

式中m為羅氏線圈的互感系數(shù)，i為一次電流。上述過程都是模擬電路中的處理過程，因此不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)微分變量獲取方法引起的替代誤差。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中基于羅氏線圈微分輸出的柔性直流線路故障測(cè)距方法的工作流程，包括如下步驟：

步驟11、在柔性直流線路需安裝電壓傳感器和電流傳感器來測(cè)量線路的電壓和電流，并在直流線路上增設(shè)羅氏線圈來測(cè)量故障電流的微分；

如圖3所示，一個(gè)雙端柔性直流系統(tǒng)，直流線路分為兩段。假設(shè)故障測(cè)距裝置安裝在m端，則安裝電壓傳感器tv和電流傳感器ta測(cè)量線路電壓和線路電流，另外增設(shè)一個(gè)羅氏線圈rect，以測(cè)量故障電流的微分。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，羅氏線圈的輸出電壓為

式中m為羅氏線圈的互感系數(shù)，i為一次電流。因此可根據(jù)羅氏線圈輸出的電壓直接計(jì)算出故障電流的微分。

步驟12、羅氏線圈、電壓傳感器和電流傳感器的輸出通過低通濾波器，以濾除高頻分量，降低線路分布電容的影響；

如圖4所示，羅氏線圈1的輸出信號(hào)與一個(gè)500hz的低通模擬濾波器2連接，低通模擬濾波器2的輸出與a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊3連接，a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊3的輸出與光纖4連接，光纖4與故障測(cè)距裝置5連接。

步驟13、故障電壓、電流、電流微分測(cè)量數(shù)據(jù)通過光纖傳輸給故障測(cè)距裝置，故障測(cè)距裝置輸出測(cè)距結(jié)果。

故障測(cè)距的公式為：

其中，d為需測(cè)量點(diǎn)至故障點(diǎn)的故障距離，r和l分別為柔性直流線路中單位長(zhǎng)度的電阻和電感；u(t)、i(t)分別為電壓傳感器和電流傳感器測(cè)量到的電壓、電流的瞬時(shí)值；ur(t)為羅氏線圈輸出的電壓，m為羅氏線圈的互感系數(shù)。

故障測(cè)距公式根據(jù)故障采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出多個(gè)時(shí)刻的測(cè)距結(jié)果，用所有測(cè)距結(jié)果的平均值作為最終的故障測(cè)距結(jié)果。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。