学术︱基于暂态非工频零序电流的含DG新型配电网的接地选线方法
各位读者，“2015第二届轨道交通供电系统技术大会”主讲报告文字精要版将在微信订阅号“城铁供电技术”（微信号：ctgdjs）上陆续发布，请感兴趣的读者扫描下方的二维码，关注该微信号前往阅读。
福州大学电气工程与自动化学院的研究人员金涛、褚福亮，在2015年第17期《电工技术学报》上撰文指出，含分布式电源的配电网发生单相短路故障时，各相短路电流的分布情况随分布式电源容量的变化而发生变化，但各线路首端零序电流的特征不会改变，即全系统健全线路的零序电流之和等于故障线路首端的零序电流，且两者的非工频零序电流的方向相反。可以继续利用这一特征识别故障线路。
本文利用希尔伯特-黄变换提取各线路的非工频零序电流分量，再求取各线路非工频零序电流的能量权重系数；利用数字陷波器取出各零序电流的5次谐波分量。当5次谐波分量有相同极性时，故障发生在母线上；当某条线路的能量权重系数最大，并且其他线路5次谐波分量的极性与该条线路相异时，故障发生在该条线路上。
通过仿真实验证明，该方法能适用于小角接地故障、高阻接地故障、线路末端故障等不利于实现选线的故障，且该方法有较高的准确度和可靠性。
随着城市的发展，配电网的线路结构正在升级改造，大量的电缆线路应用于配电网中，在发生单相短路故障时，各相对地电容电流较以前大很多，为了限制短路电流的大小，含有线-缆混合线路的配电网越来越多地采用中性点谐振接地运行方式。
现如今，随着环境的污染越来越严重，我国正大力倡导绿色能源的使用；并且伴随着分布式电源(Distributed Generation, DG)并网技术的日渐成熟，大量DG正在直接或以微网的形式并入电网[1]。如此，含有DG和线-缆混合线路的新型配电网便应运而生。
不含DG的配电网中性点采用谐振接地时，在故障后的稳态情况下，健全线路与故障线路的零序电流的相位和幅值没有明显差异，使得利用稳态信息量的选线方法受到局限，近年来，把暂态信息量作为选线判据的研究越来越多，并得到了大量研究成果。
选线主要利用的特征量有突变量、极性、幅值和能量。在故障暂态过程中，健全线路之间零序电流波形的相关度大于健全线路与故障线路零序电流波形的相关度，文献[2、3]利用这一特点实现选线；文献[4]利用故障发生后首个1/4周期内，健全线路与故障线路零序电流的极性相差，实现选线；文献[5]利用首个1/10周期内，健全线路零序电流的幅值比故障线路的小，且二者极性相差的特征作为选线判据；文献[6、7]利用健全线路和故障线路间的暂态零序电流的能量差异作为选线判据；文献[8、9]综合运用能量特征、幅值特征和极性特征，选线方法准确可靠。
当DG并网后，DG的接入会改变各相故障电流的分布，使得利用相电流和负序电流特征的选线方法的可靠性需要另行分析，但是，DG的接入不会改变故障线路首端的零序电流是健全元件的零序电流之和及健全线路首端的零序电流为自身的零序电流这一关系，使得原有的利用零序电流的信息作为选线判据的方法可继续使用。
本文综合利用故障线路的暂态非工频零序电流的能量比健全线路的大及其5次谐波的极性相反的特征来识别故障线路。通过希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)提取各零序电流的暂态非工频分量；再求非工频分量的能量和；进而求取各线路的能量权重系数。利用数字陷波器提取各线路的5次谐波电流。通过MATLAB建立仿真模型，验证了本文所提方法适用于不同接地电阻、不同故障角、不同补偿度、不同接地位置等情况下的接地故障。
图3 新型配网结构图
结论
对新型配电网而言，DG的并网会改变各相线路电流的分布，当计及DG的馈线时，其会使部分线路首端的零序电流增大，但不会改变故障线路首端的零序电流是健全线路的零序电流与消弧线圈的电流之和这一关系，故障线路与健全线路非工频量的方向仍相反，本文利用该特征作为选线判据，通过HHT求取各线路能量权重系数，把比较各线路的能量权重系数的大小作为选线第一判据；通过陷波滤波器得到各线路的5次谐波分量，把比较各线路5次谐波之间的极性差异作为选线的第二判据。
当故障发生时，第一判据和第二判据同时被启动。若5次谐波分量有相同极性时，则故障发生在母线上；若某条线路的能量权重系数最大且5次谐波分量的极性与其他各条线路的相反，则该条线路发生了故障。考虑到架空线换位欠佳、DG的孤岛运行、小角接地故障、高阻接地故障、电弧接地故障等情况，本文所提选线方法能够可靠准确的选出故障线路。
关注新能源行业技术发展动态