一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法

摘要

本发明提供一种直流配电线路故障离线定位装置及定位方法，装置包括：电容器组和放电支路；放电支路的一端连接直流配电线路的第一连接点，另一端连接电容器组的一端，电容器组的另一端接地；当电容器组被充电后，放电支路的开关打开，电容器组通过放电支路和故障线路向故障点放电；在电容器组对故障点放电时，确定放电电路的等效电抗和等效电阻，之后根据预先确定的故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系确定此时故障线路的单位电抗，最后根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路的单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离，对故障点进行定位。本发明克服线路参数依频变化的影响，对故障点定位精度高。

权利要求

1.一种直流配电线路故障离线定位装置，包括：电容器组和放电支路；

所述放电支路的一端连接直流配电线路的第一连接点，另一端连接电容器组的一端，所述电容器组的另一端接地；所述第一连接点靠近直流配电线路的故障点，且置于一侧直流配电线路电源和故障点之间；

当所述电容器组被充电后，所述放电支路的开关打开，所述电容器组通过放电支路和故障线路向故障点放电，构成二阶振荡放电电路；所述放电支路的放电电感大于预设值，使得二阶振荡放电电路的衰减系数和振荡频率不受故障距离的影响；所述故障线路为第一连接点至故障点之间的传输线路；所述故障距离指故障点距离所述电源的距离；所述放电电感大于故障线路最大等效电抗的预设倍数；所述预设倍数在5倍至10倍之间；

在所述电容器组对故障点放电时，确定放电电路的等效电抗和等效电阻，之后根据预先确定的故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系确定此时故障线路的单位电抗，最后根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路的单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离，对故障点进行定位；通过如下步骤确定故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系：在直流配电线路的预设位置模拟多种过渡电阻的故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程；将多种过渡电阻故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；对超定方程组求解得到每种过渡电阻故障时放电电路的等效电抗和等效电阻；将放电电路的等效电抗减去放电电感，得到故障线路的等效电抗，并将故障线路的等效电抗除以预设位置对应的故障距离得到对应的故障线路单位电抗，得到每种过渡电阻故障时的故障线路单位电抗；对多种过渡电阻对应的故障线路单位电抗和放电电路等效电阻拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系；或通过如下步骤确定故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系：在直流配电线路的不同故障位置模拟故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程；将多次故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；对超定方程组求解得到每次故障时放电电路的等效电抗和等效电阻；将放电电路的等效电抗减去放电电感，得到故障线路的等效电抗，并将故障线路的等效阻抗除以对应的故障距离得到不同故障点对应的故障线路单位电抗；对多个故障位置的故障线路单位电抗和放电电路等效电阻拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：充电支路；

所述充电支路的一端连接直流配电线路的第二连接点，另一端连接电容器组的一端；

所述第二连接点置于所述电源和故障点之间，且所述第二连接点相比第一连接点更靠近所述电源；

所述充电支路的开关打开时，所述电源通过充电支路为电容器组充电。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：保护支路；

所述保护支路并联在电容器组的两端，用于对电容器组进行泄能保护。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离x，具体为：其中，Leq为放电电路的等效电抗，L为放电支路的放电电感， 为放电电路等效电阻对应的故障线路单位电抗，Req为放电电路的等效电阻。

5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，所述故障点的故障为接地故障或双极短路故障。

6.一种直流配电线路故障离线定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

将电容器组和放电支路接入直流配电线路；所述放电支路的一端连接直流配电线路的第一连接点，另一端连接电容器组的一端，所述电容器组的另一端接地；所述第一连接点靠近直流配电线路的故障点，且置于一侧直流配电线路电源和故障点之间；

当所述电容器组被充电后，所述放电支路的开关打开，所述电容器组通过放电支路和故障线路向故障点放电，构成二阶振荡放电电路；所述放电支路的放电电感大于预设值，使得二阶振荡放电电路的衰减系数和振荡频率不受故障距离的影响；所述故障线路为第一连接点至故障点之间的传输线路；所述故障距离指故障点距离所述电源的距离；所述放电电感大于故障线路最大等效电抗的预设倍数；所述预设倍数在5倍至10倍之间；

在所述电容器组对故障点放电时，确定放电电路的等效电抗和等效电阻，之后根据预先确定的故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系确定此时故障线路的单位电抗，最后根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路的单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离，对故障点进行定位；通过如下步骤确定故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系：在直流配电线路的预设位置模拟多种过渡电阻的故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程；将多种过渡电阻故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；对超定方程组求解得到每种过渡电阻故障时放电电路的等效电抗和等效电阻；将放电电路的等效电抗减去放电电感，得到故障线路的等效电抗，并将故障线路的等效电抗除以预设位置对应的故障距离得到对应的故障线路单位电抗，得到每种过渡电阻故障时的故障线路单位电抗；对多种过渡电阻对应的故障线路单位电抗和放电电路等效电阻拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系；或通过如下步骤确定故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系：在直流配电线路的不同故障位置模拟故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程；将多次故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；对超定方程组求解得到每次故障时放电电路的等效电抗和等效电阻；将放电电路的等效电抗减去放电电感，得到故障线路的等效电抗，并将故障线路的等效阻抗除以对应的故障距离得到不同故障点对应的故障线路单位电抗；对多个故障位置的故障线路单位电抗和放电电路等效电阻拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离x，具体为：其中，Leq为放电电路的等效电抗，L为放电支路的放电电感， 为放电电路等效电阻对应的故障线路单位电抗，Req为放电电路的等效电阻。

说明书

一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法

技术领域

[0001] 本发明属于配电网故障检测领域，更具体地，涉及一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法。

背景技术

[0002] 随着经济快速发展，大中城市的空中输电走廊已没有发展余地，地下交流电缆存在较大的容性电流，需要无功补偿设备，且输送距离有限。直流电缆不存在电容电流，传输容量高，且适合较远距离送电。随着清洁能源的快速发展，接入具有间歇性、随机性和不可预测性强的各种分布式发电能力的需求不断提高。分布式电源接入直流配电网或直流微电网，则可以省略一些电源转换环节，从而减小成本、降低损耗，更加适合分布式电源的接入。电力电子的快速发展，推动了用户用电方式的变化：电动汽车、半导体照明、通讯设备以及部分家用电器均需直流电作为电源，直流配电可以提高电源转换次数、提高效率。此外，直流配电的线路成本更低；同电压等级传输容量更高，传输同等容量下导线的损耗更小；无功角稳定问题的限制，供电可靠性高。

[0003] 为了加快故障恢复速度、减小用户停电时间、提高配电网的可靠性，需要准确定位故障点并排除故障，减少倒闸操作和人工巡线，满足智能配电网发展的要求。现有故障点定位方法总体上可以分为在线故障暂态信号法和离线注入信号法。由于直流系统在线路发生故障后，线路两端的直流断路器将很快切除故障线路，可用于进行在线故障定位的数据长度有限，加大了故障定位的难度。切除故障后，利用一个探针功率元件（probe power unit, PPU）注入信号来进行故障定位，并将线路简化为R‑L等效模型，使得故障回路组成RLC二阶震荡回路。通过Prony、FFT等算法提取二阶震荡回路的衰减时间常数、衰减频率和初始衰减幅值的方法，并通过计算故障线路故障回路的总电感来计算故障距离。由于导体存在集肤效应，线路参数是随着频率的变化而变化的，且线路参数存在分布特性。线路的集中式等效模型，例如Π型等效模型、R‑L等效模型等不能够完全等效线路参数的分布特性和依频特性，在实际应用中难以得到精确的故障位置。

发明内容

[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法，旨在解决现有直流配电网故障定位操作不便且定位精度低的问题。

[0005] 为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种直流配电线路故障离线定位装置，包括：电容器组和放电支路；

[0006] 所述放电支路的一端连接直流配电线路的第一连接点，另一端连接电容器组的一端，所述电容器组的另一端接地；所述第一连接点靠近直流配电线路的故障点，且置于一侧直流配电线路电源和故障点之间；

[0007] 当所述电容器组被充电后，所述放电支路的开关打开，所述电容器组通过放电支路和故障线路向故障点放电，构成二阶振荡放电电路；所述放电支路的放电电感大于预设值，使得二阶振荡放电电路的衰减系数和振荡频率不受故障距离的影响；所述故障线路为第一连接点至故障点之间的传输线路；所述故障距离指故障点距离所述电源的距离；

[0008] 在所述电容器组对故障点放电时，确定放电电路的等效电抗和等效电阻，之后根据预先确定的故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系确定此时故障线路的单位电抗，最后根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路的单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离，对故障点进行定位。

[0009] 可选地，该装置还包括：充电支路；

[0010] 所述充电支路的一端连接直流配电线路的第二连接点，另一端连接电容器组的一端；所述第二连接点置于所述电源和故障点之间，且所述第二连接点相比第一连接点更靠近所述电源；

[0011] 所述充电支路的开关打开时，所述电源通过充电支路为电容器组充电。

[0012] 需要说明的是，上述“靠近”指的是距离小于预设值，例如第一连接点靠近故障点，指的是第一连接点距离故障点很久，即距离小于预设值。或者“靠近”也可指A物体相比B物体距离C物体的距离更小，即A物体距离C物体的距离小于B物体距离C物体的距离。显而易见基于上述描述可知，第一连接点相比第二连接点更靠近故障点，相应地，第二连接点相比第一连接点更靠近电源。

[0013] 可以理解的是，通常情况下第一连接点和第二连接点的距离较近，两个连接点之间一般是纯传输线路。

[0014] 另外，当本发明仅致力于解决故障定位精度低的问题，可以不考虑电容器组充电的便利问题，可以通过其他额外电源对电容器组充电，则此时就不需要通过第二连接点接入充电支路。若考虑整个装置能够完成对电容器组的充电放电的便利，可以通过第二连接点接入充电支路。本领域技术人员可根据实际需要选择本发明上述方案的全部或者部分实时对故障点的定位。

[0015] 可选地，该装置还包括：保护支路；

[0016] 所述保护支路并联在电容器组的两端，用于对电容器组进行泄能保护。

[0017] 可选地，通过如下步骤确定故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系：

[0018] 在直流配电线路的预设位置模拟多种过渡电阻的故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程；

[0019] 将多种过渡电阻故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；

[0020] 对超定方程组求解得到每种过渡电阻故障时放电电路的等效电抗和等效电阻；

[0021] 将放电电路的等效电抗减去放电电感，得到故障线路的等效电抗，并将故障线路的等效电抗除以预设位置对应的故障距离得到对应的故障线路单位电抗，得到每种过渡电阻故障时的故障线路单位电抗；

[0022] 对多种过渡电阻对应的故障线路单位电抗和放电电路等效电阻拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系。

[0023] 可选地，通过如下步骤确定故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系：

[0024] 在直流配电线路的不同故障位置模拟故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程；

[0025] 将多次故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；

[0026] 对超定方程组求解得到每次故障时放电电路的等效电抗和等效电阻；

[0027] 将放电电路的等效电抗减去放电电感，得到故障线路的等效电抗，并将故障线路的等效阻抗除以对应的故障距离得到不同故障点对应的故障线路单位电抗；

[0028] 对多个故障位置的故障线路单位电抗和放电电路等效电阻拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系。

[0029] 可选地，根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离x，具体为：

[0030]

[0031] 其中，Leq为放电电路的等效电抗，L为放电支路的放电电感， 为放电电路等效电阻对应的故障线路单位电抗，Req为放电电路的等效电阻。

[0032] 可选地，所述放电支路的放电电感大于预设值，具体为：

[0033] 所述放电电感大于故障线路最大等效电抗的预设倍数；所述预设倍数在5倍至10倍之间。

[0034] 可选地，所述故障点的故障为接地故障或双极短路故障。

[0035] 第二方面，本发明提供了一种直流配电线路故障离线定位方法，包括如下步骤：

[0036] 将电容器组和放电支路接入直流配电线路；所述放电支路的一端连接直流配电线路的第一连接点，另一端连接电容器组的一端，所述电容器组的另一端接地；所述第一连接点靠近直流配电线路的故障点，且置于一侧直流配电线路电源和故障点之间；

[0037] 当所述电容器组被充电后，所述放电支路的开关打开，所述电容器组通过放电支路和故障线路向故障点放电，构成二阶振荡放电电路；所述放电支路的放电电感大于预设值，使得二阶振荡放电电路的衰减系数和振荡频率不受故障距离的影响；所述故障线路为第一连接点至故障点之间的传输线路；所述故障距离指故障点距离所述电源的距离；

[0038] 在所述电容器组对故障点放电时，确定放电电路的等效电抗和等效电阻，之后根据预先确定的故障线路单位电抗与放电电路等效电阻之间的映射关系确定此时故障线路的单位电抗，最后根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路的单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离，对故障点进行定位。

[0039] 可选地，根据此故障点处放电电路的等效电抗、故障线路单位电抗以及放电支路的放电电感确定此故障点的故障距离x，具体为：

[0040]

[0041] 其中，Leq为放电电路的等效电抗，L为放电支路的放电电感， 为放电电路等效电阻对应的故障线路单位电抗，Req为放电电路的等效电阻。

[0042] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0043] 本发明提供一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法，克服直流线路参数依频变化特性对故障定位精度的影响，通过投入电网直流电源预先充电的电容器组，让放电回路构成二阶振荡电路，得到放电回路的一组超定方程组。通过最小二乘法求解超定方程组，得到放电回路的等效电阻和等效电抗。由于故障线路的等效阻抗较小，可以通过拟合的方法建立线路单位电抗和放电回路等效电阻的关系，从而克服线路参数依频变化的影响。最后再利用等效电抗和拟合得到的线路单位电抗间的关系，求得较为精确的故障点距离。

[0044] 本发明提供一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法，利用了直流线路的电源对并联的电容器组进行充电，无需额外的独立电源，无需半导体器件，具有较高的可靠性，且操作简单方便。本发明考虑了直流线路参数依频变化特性对故障定位结果的影响，具有更高的故障定位精度。本发明方法利用电感两端的电压替代电流差分计算，利用最小二乘法求解超定方程组，提高了故障定位精度，且具有较强的抗噪声干扰能力，满足实际运用前景。

附图说明

[0045] 图1为本发明具体实施例的直流配电线路故障离线定位装置的电路原理图；

[0046] 图2为本发明具体实施例拟合的Lu(Req)图形变化曲线示意图；

[0047] 图3为本发明具体实施例的直流配电线路故障离线定位方法的流程图。

具体实施方式

[0048] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0049] 本发明公开了一种直流配电线路故障离线定位装置，包括一并联电容器组，所述并联电容器组与故障线路、故障点组成的放电回路形成二阶振荡电路，所述二阶振荡电路用于故障定位；所述并联电容器组连接有一充电支路、放电支路及一保护支路。本发明还公开了一种直流配电线路故障离线定位方法，通过投入电网直流电源预先充电的并联电容器组，让放电回路构成二阶振荡电路，测量并建立放电回路电压、电流随时间的变化关系，得到一组超定方程组。通过最小二乘法求解超定方程组，得到放电回路的等效电阻和等效电抗。本发明克服了线路参数依频特性对故障定位精度的影响，提高了直流线路故障点定位的可靠性和精确性。

[0050] 需要说明的是，并联电容器组中并联指的是电容器组与直流配电线路并联。

[0051] 本发明的目的是提供一种直流配电线路故障离线定位装置及其定位方法，克服线路参数依频特性对故障定位精度的影响，提高直流线路故障点定位的可靠性和精确性，以解决背景技术中所提出的缺陷或问题。

[0052] 本发明提供了一种直流配电线路故障离线定位装置，包括一并联电容器组，所述并联电容器组与故障线路、故障点组成的放电回路形成二阶振荡电路，所述二阶振荡电路用于故障定位；所述并联电容器组连接有一充电支路、放电支路及一保护支路，所述充电支路由充电电阻和充电开关串联组成，所述放电支路由放电电抗器和放电开关串联组成，所述保护支路并联在并联电容器的两端，所述保护支路由保护开关和保护电阻串联组成。

[0053] 进一步的，所述充电开关、放电开关设置为快速机械开关、反并联晶闸管组、可控间隙开关中的一种或多种组合。

[0054] 本发明的具体实施例1为一种直流配电线路故障离线定位装置，如图1所示，适用于架空线或电缆线路构成的直流配电网或直流微电网，可以应用于单极接地和双极短路故障后的故障点定位。本发明具体实施例以单极接地故障为例，双极短路故障只需要同时投入正、负极上的放电开关，其余定位过程类似于单极接地故障。

[0055] 需要说明的是，上述放电开关指的S4；DCCB1和DCCB2是直流配电线路两端的直流断路器，本发明离线指的就是DCCB1和DCCB2由于保护动作将线路隔离之后的过程。因此默认未提及的时候DCCB1和DCCB2都是断开的。

[0056] 如图1所示，离线定位方法基于故障定位装置的定位方法，该故障定位装置由线路增加的连接点g和连接点j组成，连接点j靠近左侧电源，故障点为e，故障点靠近右侧电源，而连接点g相比连接点j更靠近故障点；如与权利要求书对应，此处连接点j为第二连接点，连接点g为第一连接点。用于给并联电容器组C充电的充电开关S6和充电电阻Rc串联连接于连接点j和连接点i之间，构成了充电支路。用于给电容器组C放电的放电开关S4和放电电抗器L串联连接于连接点g和连接点i之间，构成了放电支路。并联电容器组连接于连接点i和地之间。用于泄能保护的保护电阻Rp和开关S5串联连接在电容器组的两端，构成了保护支路。

[0057] 本发明的具体实施例1的故障定位方法充电过程如下：如图1所示，在对并联电容器组C进行充电的过程中，首先，合并开关S3和S6，开关S4和S1保持断开，然后合并DCCB 1，直流电源通过DCCB 1、开关S3、开关S6和充电电阻Rc对电容器组C进行充电，充电时间常数为τ=RcC，待充电电流Ic小于一个阈值I0之后，断开开关S3和S6，充电结束。

[0058] 本发明的具体实施例1的故障定位方法原理如下：若在距离a点x处的f位置发生接地故障，过渡电阻为Rf，a到故障点f间的故障线路等效阻抗为R1和L1。待充电结束后，投入开关S4和开关S1，电容器组C将通过放电电抗器L、开关S4、开关S1和故障线路向故障点进行放电，构成二阶振荡放电电路，表述如下：

[0059]

[0060] 其中，Leq、Req为放电电路的等效电抗和等效电阻。当 时，方程满足欠阻尼。二阶衰减系数 ，振荡频率 ，其中，Leq=L+L1，Req=R1+Rf。由
于直流线路参数具有较强的依频变化的特性，R1和L1可能会根据故障位置x和过渡电阻Rf的变化而变化，因此，所提故障定位方法的关键是如何排除线路参数依频变化的影响。通常情况下，直流线路的等效阻抗R1和L1的数值都很小，如果通过参数优化使得满足下列条件：

[0061]

[0062] 具体地，因为L1实际大小很小，可以根据线路最大长度预估，然后选取L1的5‑10倍大小作为L即可。

[0063] 满足上述条件后衰减系数σ和振荡频率ω将几乎不受线路故障位置的影响。因此，可以推论此时的线路单位电抗Lu几乎不受故障位置x影响，而只受到放电回路的等效电阻Req的影响。这样就可以建立Lu和Req的关系。

[0064] 当投入开关S4和开关S1，可以得到故障回路的方程满足：

[0065]

[0066] 对于放电电抗器L两端可得到：

[0067]

[0068] 上式可以写成离散的形式，随着采样点增加而增加，得到一组超定的方程组，并写成矩阵的形式得到:

[0069]

[0070] 其中，矩阵 ，矩阵 。

[0071] 其中，n为用于故障定位的数据点的个数，利用最小二乘法(Least  square method)求解式(5)，得到故障回路等效参数为：

[0072]

[0073] 在一个示例中，通过如下步骤确定故障线路单位电抗 与放电电路等效电阻之间的映射关系 ：

[0074] 在直流配电线路的预设位置模拟多种过渡电阻Rf的故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程 ；

[0075] 将多种过渡电阻Rf故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；

[0076] 对超定方程组求解得到每种过渡电阻故障时放电电路的等效电抗 和等效电阻；

[0077] 将放电电路的等效电抗 减去放电电感L，得到故障线路的等效电抗L1，并将故障线路的等效电抗L1除以预设位置对应的故障距离x得到对应的故障线路单位电抗 ，得到每种过渡电阻故障时Rf的故障线路单位电抗 ；

[0078] 需要说明的是，电源至第一连接点（图1中的连接点g）对应线路的等效电抗相对第一连接点至故障点对应故障线路的等效电抗可以忽略不计。

[0079] 对多种过渡电阻Rf对应的故障线路单位电抗 和放电电路等效电阻 拟合，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系 。

[0080] 可以理解的是，上述预设位置x可以是线路的中点，即线路正中间位置，中点位置处的噪声干扰较小，拟合的曲线误差相对较小。

[0081] 在另一个示例中，通过如下步骤确定故障线路单位电抗 与放电电路等效电阻之间的映射关系 ：

[0082] 在直流配电线路的不同故障位置x模拟故障，并确定每一次故障时放电电感的放电方程 ；

[0083] 将多次故障时的放电电感放电方程联立得到超定方程组；

[0084] 对超定方程组求解得到每次故障时放电电路的等效电抗 和等效电阻 ；

[0085] 将放电电路的等效电抗 减去放电电感L，得到故障线路的等效电抗L1，并将故障线路的等效电抗L1除以预设位置对应的故障距离x得到不同故障点对应的故障线路单位电抗 ；

[0086] 对多个故障位置x的故障线路单位电抗 和放电电路等效电阻拟合 ，得到单位电抗与等效电阻之间的映射关系 。

[0087] 最后，再根据线路单位电抗Lu和求得故障线路等效电抗L1之间的关系，求得故障距离x表示为：

[0088]

[0089] 在一个具体的实施例中，本发明的具体实施例1中Lu(Req)图形曲线的建立方法如下：本发明通过实验或者仿真的方法，模拟在线路的中点位置发生多种过渡电阻Rf的接地故障。在每一次接地故障后，利用本发明提出的故障定位方法原理，建立矩阵A和B，并求得故障线路等效参数Leq和Req。由于此时x的位置为已知参数，因此可以得到该故障情况下的Lu和Req的关系。当Rf从小变到大的过程中，就能够得到Lu和Req离散的变化关系。再通过三次样条拟合、线性拟合函数、多项式拟合等数值拟合方法建立Lu和Req的数值关系，得到Lu(Req)图形变化曲线，供离线故障定位时查询使用。为了更进一步描述，在PSCAD/EMTDC中搭建电磁暂态仿真模型，10km长度的直流线路采样相域依频模型，模拟在线路中点5km位置分别发生Rf=0，0.5，1，2，3.5，5，7.5，10欧姆的接地故障，通过参数拟合得到的Lu(Req)图形变化曲线如图2所示，图中使用了二次多项式进行拟合，该结果显示Lu和Req近似为一次线性关系，具体为： 。通过Lu(Req)图形变化曲线能够排除线路参数的依频特性对故障定位精度的影响，从而提高故障定位的精度。

[0090] 本发明具体实施例的整个动作的流程图如图3所示，包括以下步骤：

[0091] S1、通过并联的充电开关、充电电阻对电容器组进行充电，待充电电流小于一个阈值之后断开充电开关；

[0092] S2、再投入并联的放电开关，使得并联电容器组、放电电抗器、故障线路和故障点间构成二阶振荡放电回路；得到振荡放电电路等效电抗器和等效电阻随放电电流、放电电抗器上的电压和电容器上的电压随时间变化的关系，从而得到一组超定方程组；通过最小二乘法求解超定方程组，得到放电回路的等效电阻和等效电抗；

[0093] S3、由于故障线路的等效阻抗较小，通过在直流线路的中点位置模拟多种过渡电阻的接地故障，得到实验参数，再利用拟合的方法建立线路单位电抗和故障回路等效电阻的关系，即建立Lu(Req)关系曲线；

[0094] S4、最后再利用求得的故障回路等效电抗和拟合得到的线路单位电抗间的关系，求得故障距离。

[0095] 具体地，首先是在进行故障定位前，通过充电电阻、直流电源对电容器组进行充电。充电完成后，闭合开关S4和开关S1，构成二阶振荡放电回路。测量电容器组C两端的电压UC、放电电抗器L两端的电压UL和放电电流If。UC、UL、If随时间变化的测量量可以写成离散的形式，建立并得到矩阵A和矩阵B，再利用最小二乘法求得放电回路的等效电抗Leq和等效电阻Req。通过查询Lu(Req)图形曲线得到Req情况下对应的单位电抗Lu，从而求得故障距离。

[0096] 具体实施例以在线路3km处发生Rf=5欧姆的接地故障为例，通过测量的UC、UL、If随时间变化的波形图建立矩阵A和矩阵B，其中采样率取10kHz，L=30mH，数据长度设置n=200，即20ms的数据长度，利用最小二乘法求得等效电抗L‑Leq=2.180mH和等效电阻Req=6.167欧姆。通过查询曲线Lu(Req)得到对应Req情况下的Lu=0.7401mH/km，从而求得km，测距误差为54米。

[0097] 在传统基于探针功率元件的直流配电网故障定位方法中，都假设线路为R‑L或Π的集中参数等效模型，通过求得故障回路的等效电抗或等效电阻与固定不变已知的线路单位电抗和线路单位电阻进行比较，从而求得故障距离。通过本发明拟合的Lu(Req)曲线，如图2所示，可以发现线路的单位电抗是受到过渡电阻的影响的。以采用传统方法为例，在求得等效电抗L‑Leq=2.180mH时，若用过渡电阻较小时的线路等效电抗约为0.85mH/km计算的故障距离为2.565km，误差为565米；若用过渡电阻较大时的线路等效电抗约为0.60mH/km计算的故障距离为3.633km，误差为1.6千米。因而，利用本发明提出的方法能够大幅度克服线路参数依频率变化特性对故障定位精度的影响，提高故障定位的精度。且本发明采用了最小二乘法求解超定方程组，在一定程度上提高了抗噪声干扰能力和个别数据点误差的影响，能够满足实际应用的要求。

[0098] 在各种电压等级序列的直流配电网、直流微电网中，本发明均能可靠定位故障点位置。另外，可以根据线路的长度对参数放电电抗器L和电容器组C的具体数值大小进行优化。

[0099] 总之，本发明提出了一种直流配电线路故障离线定位装置及定位方法，旨在克服线路参数依频特性对故障定位精度的影响，提高直流线路故障点定位的可靠性和精确性。通过直流线路的电源对并联的电容器组进行充电，无需额外的独立电源，无需半导体器件，具有较高的可靠性。利用电感两端的电压替代电流差分计算，利用最小二乘法求解超定方程组，提高了故障定位精度，且具有较强的抗噪声干扰能力，满足实际运用前景。

[0100] 应当理解的是，可以在本发明中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本发明中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。

[0101] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。