陳皓，田新和，高傳薪，鄭思琦，閆重熙

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

在化石能源逐漸枯竭和世界環(huán)境危機(jī)的大背景下，采用可再生能源無(wú)疑是解決當(dāng)前問(wèn)題的有效方式。但可再生能源本身具有波動(dòng)性和間歇性，且并入交流電網(wǎng)時(shí)需經(jīng)多級(jí)變換，使得并網(wǎng)成本高、損耗大。于是可再生能源直接并入直流電網(wǎng)成為了更好的選擇，且大量的研究證實(shí)了其可行性[1-3]。直流電網(wǎng)與傳統(tǒng)交流電網(wǎng)相比具有許多優(yōu)勢(shì)，如供電容量大、抗干擾性好、可靠性高和電能損耗低等，已被視為分布式電源與直流負(fù)荷更有效的接入形式[4-10]。

現(xiàn)有基于電壓源換流器(voltage source converter，VSC)的直流微電網(wǎng)釆用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，與模塊化多電平換流器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、控制易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)；但當(dāng)其直流線路發(fā)生故障時(shí)，直流大電容迅速放電，再加上線路本身阻抗低，故障電流在幾毫秒內(nèi)就會(huì)達(dá)到峰值，對(duì)系統(tǒng)中的電力電子器件造成了極大威脅。因此，為了避免系統(tǒng)設(shè)備損壞，并快速恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，在故障發(fā)生后應(yīng)盡快切除故障并準(zhǔn)確定位出故障點(diǎn)?？焖贉?zhǔn)確的故障定位很有必要，其有助于系統(tǒng)快速修復(fù)、快速恢復(fù)供電和減少停電時(shí)間等；因此，快速準(zhǔn)確的故障定位對(duì)直流微電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行具有重要意義。

但目前直流微電網(wǎng)系統(tǒng)并沒(méi)有成熟的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，在保護(hù)方面還面臨著許多挑戰(zhàn)，如保護(hù)設(shè)備待開(kāi)發(fā)、保護(hù)方法不健全和故障定位困難等[11-12]。就故障定位而言，采用了電力電子器件的直流系統(tǒng)在一定程度上抑制了故障期間的電流，使故障定位變得更加困難。

鑒于目前直流微電網(wǎng)故障定位研究的重要性和迫切性，本文分析了直流微電網(wǎng)故障定位的基礎(chǔ)和研究現(xiàn)狀，指出了各類定位算法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了直流微電網(wǎng)故障定位面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，最后對(duì)未來(lái)直流微電網(wǎng)故障定位研究作出了幾點(diǎn)展望。

1 直流微電網(wǎng)故障定位基礎(chǔ)

1.1 基本概念

1.1.1 直流微電網(wǎng)的概念

微電網(wǎng)是交流和直流電力系統(tǒng)中的常用概念，是由負(fù)荷和分布式電源組成的小規(guī)模的低壓或中壓電網(wǎng)，既能并網(wǎng)運(yùn)行也能離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行[13]。若負(fù)荷和分布式電源連接到公共直流母線上，則形成了直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)不僅在運(yùn)行效率和供電靈活性等方面優(yōu)于交流微電網(wǎng)，還比交流微電網(wǎng)更易接納可再生能源。直流微電網(wǎng)典型架構(gòu)如圖1所示，其整合了光伏發(fā)電、風(fēng)電、燃料電池和蓄電池等分布式電源，可通過(guò)換流器與交流大電網(wǎng)相連，可對(duì)直流負(fù)載以及交流負(fù)載供電[14-16]。

圖1 直流微電網(wǎng)典型架構(gòu)Fig.1 Typical architecture of DC microgrid

1.1.2 故障定位的含義

故障定位對(duì)象主要為故障線路，其有兩重含義：一是粗略故障定位，在系統(tǒng)發(fā)生故障后，確定出故障所處的大致位置或是故障所在區(qū)段；二是精確故障定位，故障發(fā)生后準(zhǔn)確地確定出故障點(diǎn)所在位置，即確定測(cè)量端到故障點(diǎn)的距離，又稱為故障測(cè)距。本文主要研究第二種故障定位。

1.2 系統(tǒng)接地方式

無(wú)論是交流系統(tǒng)還是直流系統(tǒng)，接地方式的選取都十分重要。接地方式的不同將導(dǎo)致接地故障特征的不同，不僅會(huì)影響保護(hù)的選擇與整定，還會(huì)影響故障定位策略的制訂[17]。

文獻(xiàn)[18]將直流微電網(wǎng)的接地方式分為4種：不對(duì)稱單極系統(tǒng)、對(duì)稱單極系統(tǒng)、雙極系統(tǒng)和單極加裝電壓平衡器系統(tǒng)。4種接地方式的特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 4種接地方式比較Tab.1 Comparison of four grounding modes

目前文獻(xiàn)主要采用對(duì)稱單極系統(tǒng)，在高壓直流輸電中該系統(tǒng)被稱作偽雙極系統(tǒng)以區(qū)別于雙極系統(tǒng)。由于雙極系統(tǒng)并不適用于中低壓直流微電網(wǎng)，沒(méi)有偽雙極系統(tǒng)與雙極系統(tǒng)的區(qū)分，在直流微電網(wǎng)中也直接將偽雙極系統(tǒng)稱作雙極系統(tǒng)。單極加裝電壓平衡器系統(tǒng)是對(duì)稱單極系統(tǒng)的改進(jìn)，主要是為了解決正負(fù)極電壓因負(fù)荷不對(duì)稱而不平衡的問(wèn)題，但會(huì)增加設(shè)備損耗和復(fù)雜性，還處于研究階段。

上述接地方式的分類不僅考慮了系統(tǒng)接線方式，還考慮了中性點(diǎn)接地方式。本文所提的接地方式是指?jìng)坞p極系統(tǒng)中直流電容中性點(diǎn)的接地方式，分為4種類型：不接地、直接接地、經(jīng)小電阻接地和經(jīng)高阻接地。在直流微電網(wǎng)中不接地方式一般不予考慮[18]，現(xiàn)有文獻(xiàn)的故障定位算法主要在其余3種接地方式的基礎(chǔ)上展開(kāi)討論。直流微電網(wǎng)的1種典型接地方式如圖2所示，其中：AC和T分別表示交流側(cè)電源和隔離變壓器；C為直流側(cè)大電容；R為接地電阻，取值范圍為零到無(wú)窮大，不同的取值均可對(duì)應(yīng)上述4種不同的接地方式。

顯然，與直接接地方式相比，經(jīng)小電阻或高阻接地對(duì)接地故障的故障電流具有一定限制作用：首先，延長(zhǎng)了故障電流達(dá)到峰值的時(shí)間，為故障切除

圖2 直流微電網(wǎng)的典型接地方式Fig.2 Typical grounding mode of DC microgrid

爭(zhēng)取了時(shí)間；其次，削弱了故障電流峰值，降低了故障電流對(duì)電力電子器件的危害。但如果接地電阻較大，導(dǎo)致削弱作用太強(qiáng)、故障電流較小，將給故障檢測(cè)帶來(lái)困難；因此，選擇合適的接地電阻十分重要。其選擇并不是絕對(duì)的，應(yīng)考慮各方面因素，如系統(tǒng)電壓等級(jí)、故障檢測(cè)與切除時(shí)間和電力電子器件耐流能力等。

下面僅以實(shí)際仿真為例，說(shuō)明接地電阻如何選取。以電壓等級(jí)較低的±500 V直流微電網(wǎng)為例，在PSCAD中搭建圖2所示的直流微電網(wǎng)簡(jiǎn)易模型，考慮接地電阻分別為0 Ω、1 Ω或10 Ω時(shí)，對(duì)直流線路發(fā)生金屬性正極接地故障的情況進(jìn)行仿真，觀察故障電流變化情況，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同接地電阻下的故障電流Fig.3 Fault current under different grounding resistances

由圖3可見(jiàn)，接地電阻為0 Ω時(shí)，由于線路阻抗很小，故障回路呈欠阻尼，故障電流迅速上升，其峰值為正常運(yùn)行電流的數(shù)十倍。顯然故障電流已經(jīng)超過(guò)了電力電子器件的耐流能力，此時(shí)只能快速切除故障；但由于故障電流上升極快，在其達(dá)到峰值前切除故障的可能幾乎為零。接地電阻為10 Ω時(shí)，故障回路阻抗顯著上升，故障回路呈過(guò)阻尼，導(dǎo)致故障電流上升緩慢甚至接近于正常運(yùn)行時(shí)的電流，這雖然對(duì)故障切除時(shí)間要求很低，但為故障檢測(cè)造成了困難。接地電阻為1 Ω時(shí)，故障電流峰值為正常運(yùn)行電流的幾倍，并不會(huì)對(duì)電力電子器件造成太大威脅，也不會(huì)影響故障檢測(cè)。與接地電阻為0 Ω或10 Ω的情況相比，接地電阻取1 Ω最優(yōu)。綜上可見(jiàn)，接地電阻的選取需要考慮的因素很多，若要給出理論上的選取依據(jù)十分困難，因此實(shí)際工程中主要根據(jù)仿真經(jīng)驗(yàn)選取。

此外，除了上述4種基本的接地方式，還有一些改進(jìn)的接地方式，如經(jīng)二極管或三極管接地[8]，本文不予贅述。

1.3 故障特征

故障特征分析不僅是保護(hù)方案選取的基礎(chǔ)，也是故障定位算法的基礎(chǔ)，只有明確了故障特征，才能制訂出合適的故障定位算法。基于VSC雙極直流系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單故障有2種類型：極間短路故障和單極接地故障。當(dāng)正負(fù)極線路間形成通路時(shí)，為極間短路故障；當(dāng)正極或負(fù)極線路與大地間形成通路時(shí)，為單極接地故障。單極接地故障發(fā)生的幾率最高，極間短路故障的危害最大。2種故障如圖4所示，f1為單極接地故障，f2為極間短路故障。

圖4 直流微電網(wǎng)的2種簡(jiǎn)單故障Fig.4 Two simple faults of DC microgrid

文獻(xiàn)[19-25]對(duì)直流微電網(wǎng)中常見(jiàn)的2種故障進(jìn)行了詳細(xì)分析。極間短路故障劃分為3個(gè)階段：電容放電階段、二極管續(xù)流階段和交流側(cè)饋電階段；單極接地故障劃分為2個(gè)階段：電容放電階段和交流側(cè)饋電階段。

文獻(xiàn)[20]還對(duì)2種故障的各階段進(jìn)行了公式推導(dǎo)，用解析式表示了各階段的故障特征。由于篇幅限制，不再列出各階段公式及相關(guān)曲線，下面僅對(duì)各階段故障特征作出說(shuō)明。①電容放電階段：故障發(fā)生后，電容和故障線路形成二階放電電路，故障電流最快在幾毫秒內(nèi)即可上升至峰值，直流電壓隨故障電流增大而下降。②二極管續(xù)流階段：發(fā)生在直流電壓降為零后，故障線路與二極管形成一階放電電路，故障電流從峰值附近開(kāi)始降低，直流電壓保持為零。③交流側(cè)饋電階段：也稱不可控整流階段，交流側(cè)電源通過(guò)二極管整流使直流側(cè)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，直流電壓電流均達(dá)到某一穩(wěn)態(tài)值。發(fā)生單極短路故障時(shí)的故障特征與上述類似，只是不含二極管續(xù)流階段，直流電壓也沒(méi)有降為零的過(guò)程。

對(duì)2種故障類型的電容放電階段，根據(jù)故障電阻大小不同，可分為過(guò)阻尼放電和欠阻尼放電，相應(yīng)的放電過(guò)程解析式也會(huì)有所不同。極間短路故障通常為金屬性故障，阻抗較??；單極接地故障既可以為金屬性故障，也可以為非金屬性故障(即經(jīng)過(guò)渡電阻的故障)[11]，這里過(guò)渡電阻特指發(fā)生非金屬性故障時(shí)的故障電阻。因此，極間短路故障的電容放電階段一般呈欠阻尼特性；單極接地故障的電容放電階段呈欠阻尼或過(guò)阻尼特性。

上述故障特征分析表明：對(duì)于極間短路故障，為避免系統(tǒng)設(shè)備損壞，需盡量避免二極管續(xù)流階段出現(xiàn)，避免故障大電流流過(guò)二極管，應(yīng)在電容放電階段結(jié)束前切除故障線路。對(duì)于單極接地故障，接地電阻不變時(shí)，故障電流大小及故障切除時(shí)限主要受故障電阻影響。故障電阻越小，故障電流上升越快且峰值越大，對(duì)切除故障時(shí)限要求也高；故障電阻越大，故障電流上升越緩且峰值越小，對(duì)切除故障時(shí)限要求也就越低。

2 直流微電網(wǎng)故障定位研究現(xiàn)狀

基于以上分析，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)故障定位算法展開(kāi)了大量研究。本文借鑒直流輸電線路中故障定位的劃分方法[26]，將現(xiàn)有直流微電網(wǎng)故障定位算法為2種類型：注入信號(hào)法和故障分析法。廣泛應(yīng)用于直流輸電線路中的行波法[27-29]雖可在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確定位故障，但直流微電網(wǎng)線路比直流輸電線路短得多，需要極高采樣率，因此在直流微電網(wǎng)中一般不采用行波法。文獻(xiàn)[30-31]利用小波變換定位故障區(qū)域，同樣也要求高采樣率。

2.1 注入信號(hào)法故障定位

注入信號(hào)法的故障定位原理如圖5所示，其中U代表定位模塊，iU為定位模塊產(chǎn)生的放電電流，l和d分別為線路總長(zhǎng)和故障距離。注入信號(hào)法的基本原理為：在故障發(fā)生后，定位模塊U向故障線路注入額外信號(hào)iU，根據(jù)該信號(hào)在故障線路中的響應(yīng)(一般為測(cè)量點(diǎn)處的電壓和電流)，計(jì)算出故障線路參數(shù)(電感或電阻)，從而得出故障距離d，最終實(shí)現(xiàn)故障定位。按注入信號(hào)前是否切除故障線路來(lái)區(qū)分，注入信號(hào)法可分為離線法和在線法：離線法待切除故障線路后，再向故障線路注入信號(hào)；在線法不切除故障線路，直接向故障線路注入信號(hào)。文獻(xiàn)[12，32-34]屬于離線法，文獻(xiàn)[35]則屬于在線法。

圖5 注入信號(hào)法故障定位原理Fig.5 Fault location principle of injection signal method

文獻(xiàn)[12]待故障線路隔離后，利用功率探針單元(power probe unit，PPU)向故障區(qū)段放電，通過(guò)控制PPU內(nèi)部電路參數(shù)，使得放電過(guò)程呈欠阻尼特性，再提取出該過(guò)程的阻尼頻率和衰減常數(shù)，計(jì)算出故障線路電感值，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。文獻(xiàn)[32]對(duì)文獻(xiàn)[12]作了改進(jìn)與補(bǔ)充，通過(guò)改進(jìn)計(jì)算方法，使衰減系數(shù)更接近實(shí)際值，提高了定位準(zhǔn)確性；還考慮了PPU近距故障的情況，使定位方案更加完整。但上述定位方法必須保證放電過(guò)程為欠阻尼，降低了其耐過(guò)渡電阻的能力。由于故障發(fā)生時(shí)故障電阻具有不確定性，故障電阻較大將造成故障回路總電阻增大，使得放電過(guò)程變?yōu)檫^(guò)阻尼或弱欠阻尼，從而使故障定位算法失效，定位準(zhǔn)確性急劇下降。

文獻(xiàn)[33]提出了1種用于故障定位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與PPU相比同樣是向故障線路放電，但兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。前者定位模塊主要由蓄電池和電力電子開(kāi)關(guān)組成的H橋構(gòu)成，屬于有源放電過(guò)程；后者定位模塊主要由電感和帶電電容構(gòu)成，屬于無(wú)源放電過(guò)程。文獻(xiàn)[33]通過(guò)對(duì)測(cè)量點(diǎn)電壓電流進(jìn)行離散傅里葉變換(discrete Fourier transform，DFT)后，計(jì)算出故障回路總阻抗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障定位。該方法不受限于放電過(guò)程欠阻尼狀態(tài)，應(yīng)用范圍更廣；通過(guò)控制開(kāi)關(guān)頻率，可消除故障線路對(duì)地電容的影響，使定位結(jié)果更準(zhǔn)確。

以上利用故障定位模塊(PPU或H橋定位拓?fù)?的方法主要針對(duì)單極接地故障，對(duì)極間短路故障定位時(shí)需改變定位模塊的連接方式：發(fā)生單極接地故障時(shí)，定位模塊連接在正極或負(fù)極線路與大地間；發(fā)生極間短路故障時(shí)，定位模塊連接在正負(fù)極線路間。由于事先并不確定會(huì)發(fā)生何種故障，因此轉(zhuǎn)換連接方式在實(shí)際中并不可行。

文獻(xiàn)[35]在線路發(fā)生故障后，通過(guò)嵌入于換流器中的定位模塊向故障線路中注入小擾動(dòng)信號(hào)，將電壓電流正交化處理后，提取出擾動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的幅值和相位，分別計(jì)算出線路電感和電阻，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。該算法同時(shí)利用線路電感和電阻參數(shù)進(jìn)行故障定位，與文獻(xiàn)[12，32-33]只利用線路電感值相比，定位結(jié)果更準(zhǔn)確，但過(guò)渡電阻同樣也對(duì)其定位準(zhǔn)確性有影響。此外，由于該方法屬于在線注入信號(hào)法，故障定位時(shí)會(huì)延時(shí)故障線路的切除，與保護(hù)速動(dòng)性之間存在矛盾。

綜上，目前注入信號(hào)法存在的問(wèn)題有：①無(wú)法同時(shí)對(duì)單極接地故障和極間短路故障進(jìn)行定位；②定位準(zhǔn)確性受過(guò)渡電阻影響大；③為滿足保護(hù)速動(dòng)性要求，只允許進(jìn)行離線定位。

2.2 故障分析法故障定位

故障分析法的基本原理為：根據(jù)故障暫態(tài)過(guò)程的特征(如電容放電階段解析式)，計(jì)算出故障線路參數(shù)(電感或電阻)，求出故障距離，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。由于故障分析法基于故障暫態(tài)過(guò)程，一般為在線法。大部分故障分析法基于電容放電階段，如文獻(xiàn)[20，36-41]；部分基于交流側(cè)饋電階段，如文獻(xiàn)[42]。

文獻(xiàn)[20]基于電容放電階段的解析式，利用參考電壓比估計(jì)出故障線路參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出故障距離。由于電容放電階段為二階放電過(guò)程，直接求解線路參數(shù)十分困難，只能用數(shù)值法，導(dǎo)致計(jì)算量大；并且在不進(jìn)行迭代計(jì)算時(shí)定位準(zhǔn)確性差。該方法求解二階電路時(shí)還需確定電路阻尼性，但由于故障電阻不確定，使求解難度大大增加。此外，利用參考電壓比需要額外增設(shè)電壓傳感器，加大了投資成本。

文獻(xiàn)[36]同樣基于電容放電階段，但沒(méi)有求解其解析式，而是利用電壓電流組成的矩陣方程，采用自適應(yīng)偽逆法直接解出故障線路電阻參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。該方法與文獻(xiàn)[20]相比，不考慮放電過(guò)程的阻尼性，減小了計(jì)算量，改善了定位準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[37]與文獻(xiàn)[38]相比，將矩陣方程中的二階微分方程降階，采用一階微分方程描述電容放電過(guò)程，減少了一次差分近似微分的過(guò)程，在理論上降低了定位誤差。

文獻(xiàn)[38-39]中對(duì)電流變化率的獲取方法進(jìn)行了改進(jìn)，即不再利用差分近似微分。文獻(xiàn)[38]根據(jù)電感的電壓電流關(guān)系，利用VSC出口處限流電抗器上的壓降計(jì)算電流變化率，提高了定位準(zhǔn)確性。但該方法測(cè)量限流電抗器的壓降時(shí)需額外增設(shè)電壓傳感器，且僅適用于裝設(shè)了限流電抗器的線路，對(duì)于未裝設(shè)限流電抗器的故障線路，無(wú)法據(jù)此計(jì)算出電流變化率。文獻(xiàn)[39]采用插值法對(duì)差分法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了中長(zhǎng)線路的定位準(zhǔn)確性，但對(duì)于短線路的定位誤差較大。

文獻(xiàn)[42]與文獻(xiàn)[33]線路阻抗計(jì)算原理類似，同樣采用DFT算法，但定位結(jié)果更準(zhǔn)確。文獻(xiàn)[42]通過(guò)分析極間短路故障下交流側(cè)饋電階段特征，認(rèn)為該階段的電壓電流中含有衰減直流分量和衰減周期分量。由于衰減分量會(huì)影響DFT的精度，且現(xiàn)有文獻(xiàn)只針對(duì)衰減直流分量提出了改進(jìn)算法，因此文獻(xiàn)[42]提出了1種改進(jìn)DFT算法，可同時(shí)消除2種衰減分量的影響，保證了DFT的精度，從而提高定位準(zhǔn)確性。但其適用于交流側(cè)饋電階段，會(huì)影響故障線路切除，同樣與保護(hù)速動(dòng)性矛盾。

文獻(xiàn)[36]基于雙端測(cè)量，而文獻(xiàn)[20，37-42]基于單端測(cè)量，其中文獻(xiàn)[20，38]為單端多點(diǎn)測(cè)量(需額外增設(shè)測(cè)量裝置)。單端測(cè)量雖在投資成本上優(yōu)于雙端測(cè)量，但其定位準(zhǔn)確性受過(guò)渡電阻影響大，這是單端測(cè)量的固有缺陷；單端多點(diǎn)測(cè)量的投資成本介于兩者之間，但也同單端測(cè)量一樣受過(guò)渡電阻影響。因此，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的測(cè)量方式及定位方法。

綜上，故障分析法利用故障暫態(tài)階段信息，可實(shí)現(xiàn)在線故障定位。目前故障分析法存在的問(wèn)題有：①無(wú)法同時(shí)對(duì)單極接地故障和極間短路故障進(jìn)行定位；②定位準(zhǔn)確性受過(guò)渡電阻影響大；③算法基于故障暫態(tài)過(guò)程，可獲取的故障信息少。

3 直流微電網(wǎng)故障定位面臨的關(guān)鍵問(wèn)題

縱觀直流微電網(wǎng)故障定位的研究現(xiàn)狀，目前直流微電網(wǎng)故障定位正處于探索階段，亟需解決以下問(wèn)題。

a)過(guò)渡電阻的存在。過(guò)渡電阻是定位算法面臨的普遍性問(wèn)題，過(guò)渡電阻的存在會(huì)造成定位準(zhǔn)確性大大降低，過(guò)渡電阻越大，準(zhǔn)確性越差；因此，定位算法耐過(guò)渡電阻的能力是衡量定位準(zhǔn)確性的一大指標(biāo)。在開(kāi)發(fā)新的故障定位算法時(shí)，必須考慮發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻故障的情況，應(yīng)盡量從算法原理上消除或削弱過(guò)渡電阻的影響。

b)故障定位的準(zhǔn)確性。定位準(zhǔn)確性除受過(guò)渡電阻影響外，還受定位原理和采樣率的影響。對(duì)算法本身而言，應(yīng)盡量避免在定位原理上存在誤差，如文獻(xiàn)[36-39]中計(jì)算電流變化率的問(wèn)題，從兩次近似到一次近似，再到直接測(cè)量，就是逐步從原理上降低定位誤差的過(guò)程。對(duì)一般算法而言，采樣率與定位準(zhǔn)確性成正比，采樣率越高，準(zhǔn)確性越好，但高采樣率會(huì)增大投資成本；因此，在開(kāi)發(fā)新的定位算法時(shí)，應(yīng)盡量削弱采樣率對(duì)算法的影響，或采用可接受的采樣率(如5 kHz)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

c)故障定位的快速性。從算法原理來(lái)看，與離線法相比，在線法的快速性更好，因此對(duì)快速性要求高的場(chǎng)合應(yīng)盡可能選用在線定位法。此外，定位算法一般會(huì)涉及到數(shù)學(xué)計(jì)算，可采用計(jì)算量小的算法來(lái)提高故障定位的快速性。

d)定位算法對(duì)不同類型故障的適用性?，F(xiàn)有定位算法的適用性較弱，還無(wú)法同時(shí)對(duì)單極接地故障和極間短路故障進(jìn)行定位。開(kāi)發(fā)適用性強(qiáng)的定位算法，可省去故障類型判別的過(guò)程，有助于提高定位的快速性。

4 直流微電網(wǎng)故障定位研究展望

對(duì)未來(lái)直流微電網(wǎng)故障定位的發(fā)展方向展望如下。

a)選用基于雙端測(cè)量的定位算法，或者研究估算故障電阻的方法，消除或削弱過(guò)渡電阻的影響，提高定位準(zhǔn)確性。

b)通過(guò)優(yōu)化直流微電網(wǎng)接地方式或優(yōu)化直流微電網(wǎng)架構(gòu)，限制故障電流變化率和峰值，以利于故障定位算法的制訂和實(shí)施。

c)根據(jù)現(xiàn)有算法，開(kāi)發(fā)復(fù)合定位算法，增強(qiáng)算法的適用性，以同時(shí)對(duì)單極接地故障和極間短路故障甚至對(duì)其他類型故障進(jìn)行定位。

d)采用定位、控制保護(hù)、通信為一體的集成化方案，將定位模塊集成在換流器中，減少分散的定位裝置，降低投資成本；利用通信系統(tǒng)，共享故障定位信息，促進(jìn)控制保護(hù)系統(tǒng)及時(shí)作出響應(yīng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文全面綜述了直流微電網(wǎng)故障定位原理。首先，簡(jiǎn)要介紹了直流微電網(wǎng)故障定位的基本概念，分析了直流微電網(wǎng)接地方式和故障特征以及它們對(duì)故障定位的影響；然后，對(duì)直流微電網(wǎng)故障定位原理進(jìn)行了歸類研究，將現(xiàn)有故障定位原理分為注入信號(hào)法和故障分析法，指出現(xiàn)有定位算法受過(guò)渡電阻影響大、無(wú)法同時(shí)對(duì)單極接地故障和極間短路故障進(jìn)行定位、制約定位準(zhǔn)確性的因素多等問(wèn)題；最后，分析了直流微電網(wǎng)故障定位面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)未來(lái)直流微電網(wǎng)故障定位研究進(jìn)行了展望。