低压直流微电网短路故障早期检测方法研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.05.001

摘要/Abstract

摘要：

为进一步提高低压直流微电网短路故障检测的灵敏性与可靠性,提出一种基于电压、电流多尺度小波变换的短路故障早期检测方法。基于最小二乘前置滤波,充分考虑电压、电流短路故障奇异性,以第四层小波分解细节分量构建短路故障早期检测判据。实验结果表明,所提检测方法对过渡电阻不敏感。过渡电阻较小时能够在0.5 ms内快速检测出短路故障,过渡电阻较大时能够在0.6 ms内可靠检测出短路故障,同时能够有效避免负载频繁投切等干扰工况的影响,具有更好的灵敏性与可靠性。

关键词: 低压直流微电网, 短路故障, 早期检测, 小波变换, 最小二乘拟合

Abstract:

In order to further improve the sensitivity and reliability of short-circuit fault detection in low voltage DC microgrids,a short-circuit fault early detection method based on voltage and current multi-scale wavelet transform is proposed.Based on the least squares front filtering,fully considering the voltage and current short-circuit fault singularity, the fourth layer wavelet decomposition detail components are used to construct the short-circuit fault early detection criterion.The experimental results show that the proposed detection method is insensitive to the transition resistance. The short-circuit faults can be quickly detected within 0.5 ms when the transition resistance is small.The short-circuit faults can be reliably detected within 0.6 ms when the transition resistance is large.At the same time,it can effectively avoid the influence of disturbing conditions such as frequent load switching, and has better sensitivity and reliability.

Key words: low voltage DC microgrid, short-circuit fault, early detection, wavelet transform, least squares fitting

中图分类号:

TM77

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图/表 12

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参考文献 22

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保护方法	检测时延
保护方法	充电桩支路短路	光伏支路短路	储能支路短路	直流负载支路短路
低电压保护	7.90	9.00	7.80	9.80
文献[12]检测方法	0.90	1.20	1.10	0.66
文献[13]检测方法	0.64	0.68	0.64	0.62
本文检测方法	0.44	0.46	0.44	0.46

过渡电阻/Ω	检测时延/ms
过渡电阻/Ω	低电压保护	文献[12] 检测方法	文献[13] 检测方法	本文检测方法
0.2	7.2	0.64	0.60	0.44
0.4	12.5	0.70	0.62	0.46
0.6	19.3	0.78	0.64	0.46
0.8	29.2	0.90	0.66	0.48
1.0	33.9	1.10	0.70	0.50
1.2	42.7	1.40	0.72	0.50
1.4	47.2	—	0.76	0.54
1.6	59.7	—	0.80	0.56

额定功率/kW	直流负载支路短路检测时延/ms
额定功率/kW	光伏	充电桩
0	0.46	0.46
30	0.48	0.48
60	0.48	0.48
90	0.48	0.50
120	0.46	0.50
150	0.46	0.50
180	0.46	0.50

高频噪声干扰		检测时延/ms
干扰类型	参数	充电桩支路短路	光伏支路短路	储能支路短路	负荷支路短路
高斯白噪声混叠脉冲噪声	30 dB/20 μs	0.44	0.46	0.42	0.44
	30 dB/40 μs	0.44	0.46	0.44	0.46
	40 dB/20 μs	0.44	0.46	0.44	0.46
	40 dB/40 μs	0.44	0.46	0.44	0.44

高频噪声干扰		F_{act_max}
干扰类型	参数	光伏投切	充电桩投切	直流负载投切	储能工况转换源转荷	储能工况转换荷转储
高斯白噪声混叠脉冲噪声	30 dB/20 μs	24.57	23.88	68.69	20.39	12.25
	30 dB/40 μs	25.78	27.01	69.62	20.95	14.50
	40 dB/20 μs	22.28	21.00	68.11	16.47	5.232
	40 dB/40 μs	25.50	21.95	68.24	19.85	8.559