本发明涉及一种小电流接地直流配电系统接地故障保护方法，包括：配备在直流配网中的保护装置实时采集线路上的电流；定义小波基函数，进行实时小波变换；若在电流平稳但存在干扰与噪声环境下wt(k,N)的最大值不超过wtmax，启动保护；故障定位；经过一定延时Δt2后检测跳开断路器线路侧位置的对地电压，若存在高压则重合闸；在经过一段确保以上动作完成的延时Δt3后，解除正极母线上断路器的闭锁，跳开故障线路正极断路器以确保设备与人员安全。
1.一种小电流接地直流配电系统接地故障保护方法，包括如下步骤：(1)配备在直流配网中的保护装置实时采集线路上的电流il，电流数据为一系列离散点，组成待处理的电流数据x(k)，其中k代表不同的离散采样时刻；
(3)将电流数据x(k)与式(1)代入下面的实时小波变换公式：得到各采样时刻k、数据窗尺度N下的电流的小波变换值wt(k,N)，以其做为检测故障与识别故障方向的判据；
(4)保护启动：若在电流平稳但存在干扰与噪声环境下wt(k,N)的最大值不超过wtmax，启动保护，判据如下：wt(k,N)＞Krel1·wtmax (3)其中Krel1为可靠系数；
(5)故障定位：定义两类判据值K1、K2分别为：其中ip(k)为S侧保护正极上的电流，in(k)为S侧保护负极上的电流，ik1(k)为D侧保护相连母线第一条下级支路电流，ik2(k)为D侧保护相连母线第二条下级支路电流；
a.对于线路S侧保护，满足以下判据识别为故障发生在正方向并跳开负极上的断路器：其中wtK1,max为干扰与噪声环境下wtK1(k,N)的最大值上限；
b.对于第一级线路D侧保护，满足以下判据识别为故障发生在正方向并跳开负极上的断路器：其中wtK2,max为干扰与噪声环境下wtK2(k,N)的最大值上限；
c.对于非第一级线路D侧保护需要等待一定延时Δt1后，同时满足式(7)与以下判据才识别为故障发生在正方向并跳开负极上的断路器：Ubus＜Krel2·UN (8)其中Ubus为D侧保护相连母线电压，UN为系统额定电压，Krel2为可靠系数；
(6)经过一定延时Δt2后检测跳开断路器线路侧位置的对地电压，若存在高压则重合闸；
(7)在经过一段确保以上动作完成的延时Δt3后，解除正极母线上断路器的闭锁，跳开故障线路正极断路器以确保设备与人员安全。
2.根据权利要求1所述的小电流接地直流配电系统接地故障保护方法，其特征在于，步骤(3)中N取10～1000的之间的正整数；可靠系数Krel1取5；可靠系数Krel2取0.9。
3.根据权利要求1所述的小电流接地直流配电系统接地故障保护方法，其特征在于，延时根据直流断路器动作时间具体整定，其中Δt1为10～15ms，Δt2为30～35ms，Δt3为50ms。
一种小电流接地直流配电系统接地故障保护方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统继电保护和自动化领域，具体涉及一种在采用小故障电流接地方式的直流配网中检测与定位接地故障的方法。
背景技术
[0002] 随着分布式电源快速发展、直流负荷不断增加、储能应用日益广泛，传统交流配用电系统中交直流能量变换损耗高、配用电变换灵活性差、配用电环节匹配性低的问题日益凸现；此外，随着用电客户对电能质量及供电可靠性等要求不断提高，传统的交流配用电系统在电能供应稳定性、经济性等方面将遇到新的挑战，越发不能满足日新月异的直流电源与用电需求。而直流配用电系统因具有功率调配灵活、系统效率高、供电容量大、线路损耗小、电能质量好、提供无功补偿等优点，以及适于分布式电源、储能装置和直流负荷灵活接入，有助于解决传统交流配用电系统发展中的一系列新问题，是配用电系统的重要发展方向。直流配网保护做为二次系统直接服务于主直流系统，具重要价值和研究前景。
[0003] 接地故障为电力系统中发生频率最高的一类故障，在小故障电流接地方式下的直流配网接地故障，其过渡变化范围电阻大、故障特征电流不明显；另外，低压直流配电系统拓扑结构复杂、支路繁多，从经济性层面出发要求装设非通信保护设备；加之由于存在大量分布式电源，其运行方式变化大，负荷波动对保护干扰严重。以上的种种原因导致小电流直流配电系统的接地故障检测成为一项极具挑战性的技术门槛。
发明内容
[0004] 该发明针对小故障电流接地方式下的直流配电系统，提供一种接地故障定位与隔离保护方法，该方法不基于通信，提取部分本地测量电流组合构造判据，通过小波变化提取判据微小的变化细节，仅采用控制配合即可有效定位与切除故障线路，能够保证在大过渡电阻、复杂系统运行状态与结构下故障定位的正确性，并有效识别故障与负荷波动。技术方案如下：
[0005] 一种小电流接地直流配电系统接地故障保护方法，包括如下步骤：
[0006] (1)配备在直流配网中的保护装置实时采集线路上的电流il，电流数据为一系列离散点，组成待处理的电流数据x(k)，其中k代表不同的离散采样时刻；
[0007] (2)定义小波基函数为：
[0008]
[0009] 其中N为小波基函数尺度可变化的数据窗长；
[0010] (3)将电流数据x(k)与式(1)代入下面的实时小波变换公式：
[0011]
[0012] 得到各采样时刻k、数据窗尺度N下的电流的小波变换值wt(k,N)，以其做为检测故障与识别故障方向的判据；
[0013] (4)保护启动：若在电流平稳但存在干扰与噪声环境下wt(k,N)的最大值不超过wtmax，启动保护，判据如下：
[0014] wt(k,N)＞Krel1·wtmax (3)
[0015] 其中Krel1为可靠系数；
[0016] (5)故障定位：定义两类判据值K1、K2分别为：
[0017]
[0018]
[0019] 其中ip(k)为S侧保护正极上的电流，in(k)为S侧保护负极上的电流，ik1(k)为D侧保护相连母线第一条下级支路电流，ik2(k)为D侧保护相连母线第二条下级支路电流；
[0020] a.对于线路S侧保护，满足以下判据识别为故障发生在正方向并跳开负极上的断路器：
[0021]
[0022] 其中wtK1,max为干扰与噪声环境下wtK1(k,N)的最大值上限；
[0023] b.对于第一级线路D侧保护，满足以下判据识别为故障发生在正方向并跳开负极上的断路器：
[0024]
[0025] 其中wtK2,max为干扰与噪声环境下wtK2(k,N)的最大值上限；
[0026] c.对于非第一级线路D侧保护需要等待一定延时Δt1后，同时满足式(7)与以下判据才识别为故障发生在正方向并跳开负极上的断路器：
[0027] Ubus＜Krel2·UN (8)
[0028] 其中Ubus为D侧保护相连母线电压，UN为系统额定电压，Krel2为可靠系数；
[0029] (6)经过一定延时Δt2后检测跳开断路器线路侧位置的对地电压，若存在高压则重合闸；
[0030] (7)在经过一段确保以上动作完成的延时Δt3后，解除正极母线上断路器的闭锁，跳开故障线路正极断路器以确保设备与人员安全。
[0031] 优选地，步骤(3)中N取10～1000的之间的正整数；可靠系数Krel1取5；可靠系数Krel2取0.9。延时根据直流断路器动作时间具体整定，其中Δt1为10～15ms，Δt2为30～35ms，Δt3为50ms。
[0032] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0033] 有效地在小电流直流配电系统中识别出故障与负荷波动，克服了非通信下保护收大范围波动的过渡电阻干扰的问题。克服了保护可靠性、灵敏度受系统运行方式影响的问题，非常适合于工况复杂的直流配电系统。
附图说明
[0034] 图1为小电流接地方式下低压直流配网拓扑图。
[0035] 图2为数据窗内信号的频域曲线。
[0036] 图3为小波变换处理前后的信号波形，上图为处理前的信号波形，下图为处理后的信号波形。
具体实施方式
[0037] 本发明的识别与定位小故障电流接地直流配电系统接地故障的保护方法，主要包括两条识别正方向故障与反方向故障、负荷波动的判据：K1、K2；小波变换对判别值变化特征提取的方法；检压重合闸判据。另外规定全网线路上靠近接地点一侧为S侧，远离接地点的一侧为D侧。
[0038] 1.K1判据：
[0039] 用于S侧保护进行正方向故障与反方向故障、负荷波动的识别，利用了正方向接地故障后该侧保护出现正负极不对称的特征：
[0040]
[0041] 其中ip(k)为保护安装处正极测量电流，in(k)为保护安装从负极测量电流，k为任意整数，代表不同的离散采样时刻。
[0042] 2.K2判据：
[0043] 用于D侧保护进行正方向故障与反方向故障、负荷波动的识别，利用了反方向接地故障和负荷波动造成该侧保护相连母线下一级支路电流分配改变的特征：
[0044]
[0045] 其中ik1(k)为保护安装处相连母线第一条下级支路上的测量电流，ik2(k)为保护安装处相连母线第二条下级支路上的测量电流，k为任意整数，代表不同的离散采样时刻。
[0046] 注意到对于非第一级的D侧保护，判据K2无法判别线路正方向的接地故障与同级或上一级线路负荷波动(如附图1中F2与ΔP2)，因为这两种情况均不改变本地保护测量的K2判据值，因此可能会造成误动。对此，非第一级D侧保护需要添加一条母线低电压启动判据，确认一小段延时内母线电压因第一级断路器动作而降低后方能动作。
[0047] 3.小波变换对判别值变化特征提取的方法：
[0048] 采用如下方式对线路电流与故障判据值进行小波变化能有效提取其变化特征，极大提高保护灵敏度与可靠性。
[0049] 小波基函数取Haar小波，表达式为：
[0050]
[0051] 其中N为小波基函数尺度可变化的数据窗长，k为任意整数，代表不同的离散采样时刻小波变换公式为：
[0052]
[0053] 其中x为需要变换的离散数据i(k)、K1(k)或K2(k)。
[0054] 4.检压重合闸判据：
[0055] 由于仅识别发生在正方向的接地故障，不区分故障是否发生在本级线路上，因此会发生断路器越级动作进而扩大故障影响范围。为了避免故障区域的扩大，需要断路器动作后检压重合闸恢复非故障线路的电能供应。具体为：
[0056] (1)检测所有动作断路器线路侧的对地电压；
[0057] (2)若该对地电压为系统额定电压则重合断路器，否则保持原状态不变；
[0058] (3)对于末端线路，不进行重合闸操作。
[0059] 下面结合附图1对本发明实施步骤概况说明：
[0060] (1)通过实时小波变换检测到线路电流波动后启动保护；
[0061] (2)对于线路S侧保护，采用小波变换提取判据K1突变特征，识别故障是否发生在正方向，对于D侧保护，采用小波变换提取判据K2突变特征，识别故障是否发生在正方向；
[0062] (3)跳开所有安装在负极上识别出正方向接地故障的保护装置中的直流断路器；
[0063] (4)经过一定延时后进行检压重合闸。
[0064] (5)在经过一段确保以上动作完成的延时后，解除正极母线上断路器的闭锁，跳开故障线路正极断路器以确保设备与人员安全。
