新型零序電流含DG新型配電網(wǎng)的接地選線方法

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員金濤、褚福亮，在2015年第17期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，含分布式電源的配電網(wǎng)發(fā)生單相短路故障時(shí)，各相短路電流的分布情況隨分布式電源容量的變化而發(fā)生變化，但各線路首端零序電流的特征不會(huì)改變，即全系統(tǒng)健全線路的零序電流之和等于故障線路首端的零序電流，且兩者的非工頻零序電流的方向相反?？梢岳^續(xù)利用這一特征識(shí)別故障線路。

本文利用希爾伯特-黃變換提取各線路的非工頻零序電流分量，再求取各線路非工頻零序電流的能量權(quán)重系數(shù)；利用數(shù)字陷波器取出各零序電流的5次諧波分量。當(dāng)5次諧波分量有相同極性時(shí)，故障發(fā)生在母線上；當(dāng)某條線路的能量權(quán)重系數(shù)最大，并且其他線路5次諧波分量的極性與該條線路相異時(shí)，故障發(fā)生在該條線路上。

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法能適用于小角接地故障、高阻接地故障、線路末端故障等不利于實(shí)現(xiàn)選線的故障，且該方法有較高的準(zhǔn)確度和可靠性。

隨著城市的發(fā)展，配電網(wǎng)的線路結(jié)構(gòu)正在升級(jí)改造，大量的電纜線路應(yīng)用于配電網(wǎng)中，在發(fā)生單相短路故障時(shí)，各相對(duì)地電容電流較以前大很多，為了限制短路電流的大小，含有線-纜混合線路的配電網(wǎng)越來(lái)越多地采用中性點(diǎn)諧振接地運(yùn)行方式。

現(xiàn)如今，隨著環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重，我國(guó)正大力倡導(dǎo)綠色能源的使用；并且伴隨著分布式電源（DistributedGeneration，DG）并網(wǎng)技術(shù)的日漸成熟，大量DG正在直接或以微網(wǎng)的形式并入電網(wǎng)。如此，含有DG和線-纜混合線路的新型配電網(wǎng)便應(yīng)運(yùn)而生。

不含DG的配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用諧振接地時(shí)，在故障后的穩(wěn)態(tài)情況下，健全線路與故障線路的零序電流的相位和幅值沒(méi)有明顯差異，使得利用穩(wěn)態(tài)信息量的選線方法受到局限，近年來(lái)，把暫態(tài)信息量作為選線判據(jù)的研究越來(lái)越多，并得到了大量研究成果。

選線主要利用的特征量有突變量、極性、幅值和能量。在故障暫態(tài)過(guò)程中，健全線路之間零序電流波形的相關(guān)度大于健全線路與故障線路零序電流波形的相關(guān)度，利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)選線；文獻(xiàn)利用故障發(fā)生后首個(gè)1/4周期內(nèi)，健全線路與故障線路零序電流的極性相差，實(shí)現(xiàn)選線；利用首個(gè)1/10周期內(nèi)，健全線路零序電流的幅值比故障線路的小，且二者極性相差的特征作為選線判據(jù)；利用健全線路和故障線路間的暫態(tài)零序電流的能量差異作為選線判據(jù)；綜合運(yùn)用能量特征、幅值特征和極性特征，選線方法準(zhǔn)確可靠。

當(dāng)DG并網(wǎng)后，DG的接入會(huì)改變各相故障電流的分布，使得利用相電流和負(fù)序電流特征的選線方法的可靠性需要另行分析，但是，DG的接入不會(huì)改變故障線路首端的零序電流是健全元件的零序電流之和及健全線路首端的零序電流為自身的零序電流這一關(guān)系，使得原有的利用零序電流的信息作為選線判據(jù)的方法可繼續(xù)使用。

本文綜合利用故障線路的暫態(tài)非工頻零序電流的能量比健全線路的大及其5次諧波的極性相反的特征來(lái)識(shí)別故障線路。通過(guò)希爾伯特-黃變換（Hilbert-HuangTransform，HHT）提取各零序電流的暫態(tài)非工頻分量；再求非工頻分量的能量和；進(jìn)而求取各線路的能量權(quán)重系數(shù)。利用數(shù)字陷波器提取各線路的5次諧波電流。通過(guò)MATLAB建立仿真模型，驗(yàn)證了本文所提方法適用于不同接地電阻、不同故障角、不同補(bǔ)償度、不同接地位置等情況下的接地故障。

圖3新型配網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

對(duì)新型配電網(wǎng)而言，DG的并網(wǎng)會(huì)改變各相線路電流的分布，當(dāng)計(jì)及DG的饋線時(shí)，其會(huì)使部分線路首端的零序電流增大，但不會(huì)改變故障線路首端的零序電流是健全線路的零序電流與消弧線圈的電流之和這一關(guān)系，故障線路與健全線路非工頻量的方向仍相反，本文利用該特征作為選線判據(jù)，通過(guò)HHT求取各線路能量權(quán)重系數(shù)，把比較各線路的能量權(quán)重系數(shù)的大小作為選線第一判據(jù)；通過(guò)陷波濾波器得到各線路的5次諧波分量，把比較各線路5次諧波之間的極性差異作為選線的第二判據(jù)。

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，第一判據(jù)和第二判據(jù)同時(shí)被啟動(dòng)。若5次諧波分量有相同極性時(shí)，則故障發(fā)生在母線上；若某條線路的能量權(quán)重系數(shù)最大且5次諧波分量的極性與其他各條線路的相反，則該條線路發(fā)生了故障。考慮到架空線換位欠佳、DG的孤島運(yùn)行、小角接地故障、高阻接地故障、電弧接地故障等情況，本文所提選線方法能夠可靠準(zhǔn)確的選出故障線路。