柔性直流输电线路故障定位方法研究.pdf

柔性直流线路长度大，容易出现故障，为提高其运行可靠性，需采用

精确、可靠的故障定位方法。文章综述了目前国内外对柔性直流输电网故障定位

的研究情况，对其进行了分类研究，将其划分为三种类型，即行波法和故障分析

法以及智能算法，并对这三种类型的方法各自的优点和不足进行了归纳，最后针

对目前柔性直流输电网的故障定位的研究现状，提出了几点建议。

关键词：直流输电线；故障定位；行波法；故障分析法

引言

灵活的直流输电在与新能源并网、孤岛供电、远距离传输网络等方面具有优

于常规交流输电的优势。由于直流线路长度大，长期不间断的运行，以及长期受

到雷击、树枝、冰雪等恶劣环境的影响，导致了线路的绝缘性能降低，极间和极

对地极易发生短路，因此，直流线路的故障率也是最高的。为确保直流输电系统

安全、稳定地运行，必须对其进行有效的检测与处理。近年来，由于继电保护技

术的不断发展，在一定程度上降低了线路的损伤，但由于缺乏外在损伤特征，导

致了难以定位的局部绝缘损伤。为降低线路检修工作量，加快故障修复速度，降

低停电损失，保障交直流电网安全运行，探索简便、高效、经济的直流线路故障

检测方法已成为众多学者关注的焦点。

一、柔性直流输电优势

相对于柔性直流输电，传统的交流输电方式在输送电能时会产生巨大的无功

损耗，所以必须对无功进行补偿，并且经常要对电容进行投切，这就导致了控制

的复杂性和费用的增加。然而，在直流输电系统中，换流站采用不同的控制策略，

不仅能灵活地控制有功无功，还能充当静止无功的补偿器，还能快速地实现有功

无功的调节。

昂贵，研制过程中存在瓶颈，不是所有的换流站终端都可以配备直流断路器。与

传统的交流输出线的单一电力传输方向不同，柔性直流输出线的潮流逆转更加快

速、更加简单，它只需将输电电压进行反转，就可以实现直流输电的潮流逆转，

而不会对电流做任何额外的变化，也不会改变系统的传输结构。

二、柔性直流输电线路故障定位方法

（一）行波法

在直流线路上，行波方法具有如下优点：在直流线路上，正、负极电压为一

恒定值，不存在交流线路上的周期性过零现象，且不受初始相位的影响。行波方

法的核心是波形的辨识，而瞬态行波具有丰富的能量，可以为波形的辨识提供丰

富的信息。该方法既不需要对故障点处的行波进行识别，也不需要对各个节点处

的回波、透射波进行识别，也不会受到其它线路的干扰。在此背景下，国内外学

者从行波理论出发，结合小波变换，S变换，独立分量法等多种数学手段，发展

出多种故障瞬态信号处理新方法，从而进一步提升了系统的故障测距精度。

行波方法是目前故障定位领域的研究热点，但由于其时间特性，其采样频率

较高，且对设备要求较高，通常较高的采样频率可降低故障定位精度。同时，它

的精度又依赖于不同行波形式的波头定标的精度以及波速的精度。而行波方式由

于其工作原理简单，且不受故障类型、接地电阻及运行模式等因素的影响，已被

广泛用于输电线故障定位的研究。该方法不需要对行波进行辨识，也不需要对行

波进行时间校正，从而消除了行波时间校正带来的误差。然而，这种方式也有其

不足之处，即在线路系统末端附近出现故障时，固有频率的主分量的频率非常高，

有可能会超过母线测量设备的采样频率，因此，这种方式就不能检测到主频，还

会产生测距死区问题。目前，还没有一种基于频率特性的行波方法被用于工程实

际。

（二）故障分析法

该方法的基本原理为：利用测量元件测得的电压、电流，再与系统相关参数

相结合，得到故障点的位置关系，最终求解该关系式，从而确定故障点位置。这

进行单端测量时，只采集单侧的电量，该方法简单易实现，但难以实现消除对侧

和过渡电阻的干扰。双端法的测量原理较单端法更为复杂，但是在测量过程中，

不存在线路的横向和转折的阻抗，而且还受到GPS和其他同步通信等因素的影响。

在故障辨识与分析法中，又可分为参数辨识与分布参数辨识两大类。针对这两类

问题，人们采用了多种智能算法，如人工神经网络、遗传算法等。

结果表明，该方法在不增加任何附加装置的情况下，只使用记录器记录的瞬

时故障信息，具有良好的经济效益。然而，由于其内在机理的不足，传统的故障

分析方法很难完全消除因方程解而带来的误差，并且存在着线路模型参数不确定

性、计算工作量大等问题。迄今为止，还没有很好的治理措施，也没有在工程实

践中得到应用。

（三）智能算法

近年来，输电系统通过软件平台对电网进行建模、仿真，能够获得与电网实

测