（天津天海源电气技术有限责任公司 天津市 300000）
摘要：直流电网与传统交流电网相比具有许多优势，如供电容量大、抗干扰性好、可靠性高和电能损耗低等，已被视为分布式电源与直流负荷更有效的接入形式。鉴于目前直流微电网故障定位研究的重要性和迫切性，本文分析了直流微电网故障定位的基础和研究现状，指出了各类定位算法的优缺点，提出了直流微电网故障定位面临的关键问题，最后对未来直流微电网故障定位研究作出了几点展望。
关键词：直流微电网；故障定位；接地方式；故障特征
引言：文章第一部分简单分析了直流微电网与直流微电网故障的基础内容，并说明了接地方式与故障特征分析对故障定位的重要性。第二部分对于现有的直流微电网故障定位方法与原理进行一定的分析和解读，将直流微电网故障定位方法分为两种并对每种方法的优缺点都进行了分析。这两种方法分别为注入信号法与故障分析法，注入信号法较适用于离线故障定位，另一种方法则适用于在线故障定位，但是二者存在一个共同的弱点：受过渡电阻影响大。当前直流微电网故障定位算法无法同时定位单级接地故障和极间短路故障，因其制约定位准确性的因素过多所以在定位上往往出现偏颇。文章最后指出当前对于直流微电网故障定位所要面临的关键问题，并对未来直流微电网故障定位的发展与方法进行展望。
1.直流微电网故障定位基础
直流电和交流电具有很多区别，但也有一些共同点。例如微电网就是交流电力系统和直流电力系统中常见的的共同概念。微电网是一种特殊的电网，一般由负荷和分布式的电源组成，通常情况下处于低压或者中压状态。其规模较小，但具有较为完整的结构，所以可以脱离电网独立运行，当然也可以并入电网运行。虽然微电网是交流电系统和直流电系统共用的概念，但具体上还是有一些区别。将微电网的负荷以及它的分布式电源都连接到同一条线路，即公共的直流母线上，就可以形成直流微电网。本文之所以选择直流微电网进行论述，是因为相较于交流系统微电网，直流微电网具有一些显著的优势，例如直流电系统供电更加方便灵活，不存在频率不统一的问题。例如直流电的运行效率相较于技术复杂的交流电系统是更高的，直流电微电网也可以更好的接受可再生能源带来的波动。可再生能源如风力发电和光伏发电、生物质发电等是直流微电网的主要分布式电源组成部分，近年来燃料电池和蓄电池等也成为了分布式电源的组成部分。
本文的研究内容是直流微电网故障定位，首先就要引入一个概念，即故障定位。故障定位这一概念针对的主体是电力系统中的发生故障的线路。这一概念往往由两种解读，一是粗略一是精细，一是确定大概的故障位置，一是精确定位故障发生的距离。线路发生故障也一般是接地故障。线路接地需要根据实际情况具体分析，但也具有一定的共性，学者通过研究认为，可以将直流微电网的接地方式主要归纳为四种：一是不对称单级系统，是一种简单且经济的接地方式，但检修检测很困难。二是单极对称系统，这一系统的主要问题是电压不平衡，在实际应用中有很大改进空间。三是双级系统，这一系统不但难以实现电压破坏，而且造价较高，因此不适合用于直流微电网。四是单极加装电压平衡器系统，这一系统解决了电压不平衡问题，是未来的发展方向。
故障特征分析是故障定位研究的重要环节。故障特征分析的作用主要体现在两个大的方面。一是选取保护方案方面，故障特征选取可以有效帮助针对特定故障采取对应的保护措施。二是故障定位方面，故障分析可以帮助建立完整的故障定位算法，快速定位故障部位。故障是多种多样的，具有很大的多样性，但通过统计数据显示，最简单也最常见的两种故障类型是单极接地故障（电源的正极或者电源的负极与大地之间形成完整通路所造成的故障）和电极间短路故障（电源的正极和电源的负极在电源之间形成通路造成的故障）。这两种故障类型根据时间不同可以划分为不同的阶段，不同的阶段具有不同的特征。两种故障有两个共同的阶段，即电容放电阶段和交流侧馈电阶段。不同的是极间短路故障类型在这两个故障阶段中间还有一个二极管续流阶段，一共是三个故障阶段。例如在电容放电这一故障阶段，最明显的特征是故障电流在数毫秒的时间内急速上升。
分析不同的故障特征对故障定位帮助极大。
2.直流微电网故障定位研究现状
故障定位的研究一直是学术界的重要研究方向，国内外学者专家都在对故障定位算法展开大量研究。在算法方面，目前主要的故障定位算法有两种类型，一种是注入信号法，另一种是故障分析法。由于这两种方法的大规模应用，其优势和便利性不言而喻，在此不再赘述。本文在此只对两种方法的缺点加以讨论。首先是信号注入法，其原理就是在故障发生后对故障模块注入独立的信号，根据新的信号产生的相应参数来对故障进行具体判断，故而过渡电阻的存在会对这一方法产生极大的影响。此外信号注入方法一般情况下无法同时对常见的两种故障类型即单极接地故障和极间短路故障进行定位，应用上有很大的局限性。而且注入信号法因其自身的特殊性，一般情况下只能进行离线定位。其次是故障分析法，其主要问题跟信号注入法有很大的相似性，它也无法同时适用于单极接地故障和极间短路故障的定位，过渡电阻对它的影响也比较大，但相对信号注入法而言是较小的，最大的缺陷是算法基于故障的暂态过程，能够获取到的故障信息是很少的，不利于故障的排除。
3.直流微电网故障定位面临的关键问题
直流微电网故障定位的研究整体上还处于起步的初始阶段，还有许多问题是需要解决的：一是过渡电阻问题。过渡电阻是影响故障定位精确度的重要原因之一，过渡电阻过大会严重影响故障定位。这是后续的研究中需要解决的问题，可以从物理硬件上消除过渡电阻，也可以从算法上尽量消除过渡电阻的影响。二是准确性不足的问题。除了上一条所述的过渡电阻问题，还有许多其他因素影响故障定位的准确度，比如从根源上说定位原理是存在一定缺陷的，是不够完善的。再如采样率的影响，对于现在的大部分的算法来说，定位的准确性在一定程度上与采样率是正相关的，采样率越高故障定位的准确性就越好。但因为成本等因素的限制，目前采样率并不是很高。三是定位速度的问题。对故障定位而言，定位准确度和定位速度都是相当重要的，提高定位速度是目前研究的重大难点，在现有的技术基础上，对一些特殊情况，可以采用特殊的算法，在必要的状况下牺牲一部分准确度来大幅度提高定位速度。四是适用性的问题，现在针对不同的故障类型往往需要不同的算法，成本投入和时间投入都很大，现在的研究难点是积极开发适用性更强的算法，节约成本和时间，提高故障定位的准确度和速度。
4.直流微电网故障定位研究展望
直流微电网故障定位技术还在不断发展着，对未来的发展方向本文作出一些展望：首先是要提高准确性，目前故障定位存在的最大问题之一就是准确性不足，未来可以在电阻研究上尽力消除或者减弱一些不必要电阻的影响来提高精确度。其次是算法方面的发展，算法方面可以分为两点来讲。一是改进算法本身，在现有算法的基础上针对不同情况进行适应性改进，让算法更加贴合实际来提高精确度。二是改进电网架构，优化微电网结构减小算法的难度，提高故障定位的精确度。最后是硬件方面的发展，随着智能电网和电网通信系统的快速发展，硬件上将更方便进行故障定位。
结束语
故障定位技术的前景是光明的，故障定位技术在快速发展，其价值也会进一步显现。本文所做研究不深，只是在前辈级基础上进行了一些探索，希望对直流微电网故障定位的发展尽绵薄之力。
参考文献：
[1] 杨婳，黄泰昌.直流线路故障定位支路的机理分析与参数设计[J].电工文摘，2019，000（004）：34-38.
[2] 林芳雯.直流配电电缆故障定位方法研究[D].2018.
[3] 孙刚，时伯年，赵宇明，等.基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究[J].电力系统保护与控制，2019，v.43；No.448（22）：135-141.