光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法研究

唐珂 谈震旻

摘   要：配电网是光伏电源的重要组成部分，可以起到分配电能的作用。由于光伏电源配电网的结构复杂，经常发生单相断线故障，影响电力系统的正常运行。为了提高故障检测灵敏度，及时发现故障并消除，提出光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法研究。基于故障检测灵敏度参数的引入，构建STFT变换算法，再结合电流变化特征和电压变化特征的确定，实现光伏电源配电网线路单相断线故障检测，通过仿真实验，可以得出提出的故障检测方法比传统故障检测方法，对光伏电源配电网线路检测的灵敏度高，保证了供电可靠性。

关键词：光伏电源  配电网  单相断线  故障检测

中图分类号：TM773                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0063-02

光伏电源配电网线路走线复杂、分布面广，经常发生单相断线故障，已经成为电力系统需要解决的一个重要问题，电力部门要将单相断线故障重视起来。随着智能电网的快速发展，设计一个光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法可以加快智能电网建设步伐，对提高供电可靠性具有重要的意义。

1  光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法设计

1.1 引入故障检测灵敏度参数

如果光伏电源配电网线路发生单相断线故障之后，整个电网系统都失去了电流和电压，导致配电网线路的单相断线故障就很难被发现[1]，因此引入单相断线故障检测的灵敏度参数，可以及时发现故障并消除断线故障，灵敏度分析可以自动选择一个断线故障长度范围，引入故障检测灵敏度参数的同时，还需要构建一套STFT变换算法，来研究单相断线故障检测方法。

1.2 构建STFT变换算法

在光伏电源配电网系统中，基于故障检测灵敏度参数可以使得瞬时频率具有一定的物理意义，对于不平稳的电网信号来说，如果系统频率变化频繁，要想定义配电网的瞬时频率是没有任何意义的[2]，因此本文构建的STFT变换算法限制范围应为局部限制，要想使瞬时频率有意义，就必须满足配电网信号局部对称于坐标轴零均值，且极值点的个数与过零点的个数一致，IMF需要满足以下条件。

（1）在整个配电网信号分布长度上，极值点的数目和过零点的数目相差小于1，或者相等。

（2）任意一个时刻，局部极大值和极小值形成的线段均值为0。

STFT变换算法流程如下。

（1）首先确定出配电网系统中原信号a（t）的所有局部极值点，接着根据3次样条函数将所有极大值点进行连接;同理再将所有极小值点连成线。

根据计算结果可知，光伏电源配电网线路发生单相断线故障后，正、負序电流大小是相等的，但是方向相反，因此，如果发生单相断线故障，负序电流的变化量始终会大于正序电流变化量[4]，且变化特征也比较明显。

2  仿真验证

2.1 仿真模型的选取

为了验证本文的光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法，建立了如图2所示的光伏电源配电网仿真模型，用MATLAB作为处理工具对电子数字信号处理，仿真模型中L1表示故障线路，L2和L3表示正常线路，电源类型为光伏电源。

2.2 实验方法和过程

光伏电源配电网线路的正、零序参数分别为：

3条线路的长度分别为17km、10km、3km，光伏电源配电网线路1相在距离母线12km处发生C相断线。

实验采用电流为自变量，利用本文故障检测方法及传统检测方法进行对比实验，实验过程如下。

（1）设置仿真实验所需的实验环境，将两种故障检测方法载入MATLAB软件。

（2）线路电流设置在0～100A范围内进行实验，每10A取一个点，进行灵敏度检测。

（3）在电流变化相同的情况下，进行光伏电源配电网线路单相断线故障检测灵敏度实验。

（4）分别执行两种故障检测方法，记录单位时间的故障检测灵敏度，绘制实验结果对比图表。

3  结语

本文提出了光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法研究，在引入故障检测灵敏度参数的基础上，构建STFT变换算法，实现光伏电源配电网线路单相断线故障检测，从而实现本文的研究。实验数据表明，本文设计的故障检测方法能够提高故障检测灵敏度，更快的发现故障、消除故障。希望本文的研究能够为光伏电源配电网线路单相断线故障检测方法提供理论依据。

参考文献

[1] 李志远，曹丽丽，薛永端，等.不接地系统单相断线兼电源侧接地故障分析[J].供用电，2018，35（5）：11-17.

[2] 张安龙，翟学，李艳，等.含光伏电源的配电网故障定位策略研究[J].电测与仪表，2015，52（16）：123-128.

[3] 王成楷，洪志章.基于线电压判据的配电网单相断线故障定位方法[J].电气技术，2017，18（5）：51-57.