光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法研究

唐珂 談?wù)饡F

摘 ? 要：配電網(wǎng)是光伏電源的重要組成部分，可以起到分配電能的作用。由于光伏電源配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生單相斷線故障，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了提高故障檢測(cè)靈敏度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并消除，提出光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法研究?；诠收蠙z測(cè)靈敏度參數(shù)的引入，構(gòu)建STFT變換算法，再結(jié)合電流變化特征和電壓變化特征的確定，實(shí)現(xiàn)光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)，通過仿真實(shí)驗(yàn)，可以得出提出的故障檢測(cè)方法比傳統(tǒng)故障檢測(cè)方法，對(duì)光伏電源配電網(wǎng)線路檢測(cè)的靈敏度高，保證了供電可靠性。

關(guān)鍵詞：光伏電源 ?配電網(wǎng) ?單相斷線 ?故障檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM773 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（b）-0063-02

光伏電源配電網(wǎng)線路走線復(fù)雜、分布面廣，經(jīng)常發(fā)生單相斷線故障，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)需要解決的一個(gè)重要問題，電力部門要將單相斷線故障重視起來。隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)一個(gè)光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法可以加快智能電網(wǎng)建設(shè)步伐，對(duì)提高供電可靠性具有重要的意義。

1 ?光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 引入故障檢測(cè)靈敏度參數(shù)

如果光伏電源配電網(wǎng)線路發(fā)生單相斷線故障之后，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)都失去了電流和電壓，導(dǎo)致配電網(wǎng)線路的單相斷線故障就很難被發(fā)現(xiàn)[1]，因此引入單相斷線故障檢測(cè)的靈敏度參數(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并消除斷線故障，靈敏度分析可以自動(dòng)選擇一個(gè)斷線故障長度范圍，引入故障檢測(cè)靈敏度參數(shù)的同時(shí)，還需要構(gòu)建一套STFT變換算法，來研究單相斷線故障檢測(cè)方法。

1.2 構(gòu)建STFT變換算法

在光伏電源配電網(wǎng)系統(tǒng)中，基于故障檢測(cè)靈敏度參數(shù)可以使得瞬時(shí)頻率具有一定的物理意義，對(duì)于不平穩(wěn)的電網(wǎng)信號(hào)來說，如果系統(tǒng)頻率變化頻繁，要想定義配電網(wǎng)的瞬時(shí)頻率是沒有任何意義的[2]，因此本文構(gòu)建的STFT變換算法限制范圍應(yīng)為局部限制，要想使瞬時(shí)頻率有意義，就必須滿足配電網(wǎng)信號(hào)局部對(duì)稱于坐標(biāo)軸零均值，且極值點(diǎn)的個(gè)數(shù)與過零點(diǎn)的個(gè)數(shù)一致，IMF需要滿足以下條件。

（1）在整個(gè)配電網(wǎng)信號(hào)分布長度上，極值點(diǎn)的數(shù)目和過零點(diǎn)的數(shù)目相差小于1，或者相等。

（2）任意一個(gè)時(shí)刻，局部極大值和極小值形成的線段均值為0。

STFT變換算法流程如下。

（1）首先確定出配電網(wǎng)系統(tǒng)中原信號(hào)a（t）的所有局部極值點(diǎn)，接著根據(jù)3次樣條函數(shù)將所有極大值點(diǎn)進(jìn)行連接;同理再將所有極小值點(diǎn)連成線。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，光伏電源配電網(wǎng)線路發(fā)生單相斷線故障后，正、負(fù)序電流大小是相等的，但是方向相反，因此，如果發(fā)生單相斷線故障，負(fù)序電流的變化量始終會(huì)大于正序電流變化量[4]，且變化特征也比較明顯。

2 ?仿真驗(yàn)證

2.1 仿真模型的選取

為了驗(yàn)證本文的光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法，建立了如圖2所示的光伏電源配電網(wǎng)仿真模型，用MATLAB作為處理工具對(duì)電子數(shù)字信號(hào)處理，仿真模型中L1表示故障線路，L2和L3表示正常線路，電源類型為光伏電源。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法和過程

光伏電源配電網(wǎng)線路的正、零序參數(shù)分別為：

3條線路的長度分別為17km、10km、3km，光伏電源配電網(wǎng)線路1相在距離母線12km處發(fā)生C相斷線。

實(shí)驗(yàn)采用電流為自變量，利用本文故障檢測(cè)方法及傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程如下。

（1）設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將兩種故障檢測(cè)方法載入MATLAB軟件。

（2）線路電流設(shè)置在0～100A范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每10A取一個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行靈敏度檢測(cè)。

（3）在電流變化相同的情況下，進(jìn)行光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)靈敏度實(shí)驗(yàn)。

（4）分別執(zhí)行兩種故障檢測(cè)方法，記錄單位時(shí)間的故障檢測(cè)靈敏度，繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖表。

3 ?結(jié)語

本文提出了光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法研究，在引入故障檢測(cè)靈敏度參數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建STFT變換算法，實(shí)現(xiàn)光伏電源配電網(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)本文的研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計(jì)的故障檢測(cè)方法能夠提高故障檢測(cè)靈敏度，更快的發(fā)現(xiàn)故障、消除故障。希望本文的研究能夠?yàn)楣夥娫磁潆娋W(wǎng)線路單相斷線故障檢測(cè)方法提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李志遠(yuǎn)，曹麗麗，薛永端，等.不接地系統(tǒng)單相斷線兼電源側(cè)接地故障分析[J].供用電，2018，35（5）：11-17.

[2] 張安龍，翟學(xué)，李艷，等.含光伏電源的配電網(wǎng)故障定位策略研究[J].電測(cè)與儀表，2015，52（16）：123-128.

[3] 王成楷，洪志章.基于線電壓判據(jù)的配電網(wǎng)單相斷線故障定位方法[J].電氣技術(shù)，2017，18（5）：51-57.