一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法
【专利摘要】本发明提供一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法；通过在高压直流输电系统直流侧滤波器的支路中串入电流互感器，利用测量得到的电流，结合已知的直流侧滤波器的各元件参数或频率-阻抗特性，即可通过计算辨识出高压直流输电系统直流侧发生失谐滤波器的失谐元件。本发明仅需在传统直流侧滤波器的基础上进行简单改造即可，实现了滤波器失谐的在线辨识，提高了高压直流输电系统的运行可靠性和安全性。本发明在高压直流输电系统滤波器的运行维护场合具有很高的应用价值和市场推广前景。
【专利说明】一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法。
技术背景
[0002]直流输电系统具有线路造价低、适合远距离输电、无系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点，越来越多地被应用于远距离输电和交流系统互联的场合。但由于直流输电系统中使用的由电力电子器件构成的换流站会产生大量的谐波，对整个直流输电系统产生谐波危害，故需在高压直流侧添加直流滤波器来进行滤波。在高压直流系统运行过程中，由于环境温度的变化，自身的发热和老化等原因，滤波器的电容和电感等元件的参数均会发生微小的变化，使得直流滤波器的实际谐振频率和谐波阻抗值偏离设定值，导致滤波器失谐。滤波器失谐后，将影响了直流侧的滤波器效果，附加在直流电压上的谐波将会周边通信设备产生干扰，并对换流器的控制稳定性产生影响。
[0003]对交流滤波器失谐的检测，可以通过检测交流滤波器电流的零序分量来实现，而在直流侧目前则尚无一种较好的辨识方法。有的研究提出基于粗糙集的三调谐直流滤波器失谐故障元件的检测方法，对直流侧失谐故障元件进行了辨识，但该方法对不同的滤波器需设置不同的辨识规则，且辨识规则的设定繁琐，普遍适用性较差。
[0004]因此，如果能对目前高压直流输电系统中广泛使用的直流侧滤波器进行简单改造，设计出直流侧滤波器失谐在在线辨识方法，能够在进行谐波滤除的同时对滤波器失谐的元件进行辨识，将具有很大的实用价值和市场推广前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法。
[0006]本发明的技术方案为一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法，用于提供性价比较高的高压直流侧滤波器失谐元件辨识方法。本发明在传统直流侧滤波器的各支路中串入电流互感器，对测量得到的电流进行傅里叶分解，得到各次谐波电流，对特定次的谐波电流进行分析，即可辨识出滤波器的具体失谐元件。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0008]一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法，在高压直流输电系统直流侧滤波器的支路中串入电流互感器，利用测量得到的电流，结合已知的直流侧滤波器的各元件参数或频率-阻抗特性，通过计算辨识出高压直流输电系统直流侧发生失谐滤波器的失谐元件。
[0009]具体包括以下步骤，
[0010]步骤1、在高压直流输电系统直流侧滤波器的支路中串入电流互感器，分别测量各电流互感器电流的实际运行值，利用快速傅里叶变换FFT技术，计算得到各次谐波电流实际运行值的有效值；[0011]步骤2、根据已知的直流侧滤波器的各元件参数或频率-阻抗特性，利用谐波分析技术，计算滤波器各支路谐波电流的设计值，利用快速傅里叶变换FFT技术，计算得到各次谐波电流设计值的有效值；
[0012]步骤3、判断滤波器是否发生失谐；
[0013]分别比较滤波器各支路电流中具有谐振频率的谐波电流的实际运行值的有效值与设计值的有效值，计算两者的电流变化率，根据电流变化率判断滤波器是否发生失谐。
[0014]所述步骤3的具体过程为:
[0015]步骤3.1、先计算出上段支路的电流；
[0016]如果含有并联支路，则上段支路的电流为各并联支路的电流之和；如果没有并联支路，则在串联支路接地侧接入电流互感器来获得上段支路电流；
[0017]步骤3.2、与滤波器正常运行时的上段支路电流进行对比，求解上段支路电流的变化率；
[0018]如果高次谐波(50次及以上)电流的变化率小于0.5%，而低次谐波(I次)电流的变化率大于2%，则失谐元件为串联部分电容元件；如果高次谐波(50次及以上)电流的变化率大于2%，而低次谐波(I次)电流的变化率小于0.5%，则失谐元件为串联部分电感元件；如果有中段并联元件，则继续步骤3.3，反之结束；
[0019]步骤3.3、求滤波中段并联部分的并联谐振频率；
[0020]步骤3.4、分别求中段并联谐振频率处两支路电流的变化率；
[0021]如果并联部分支路一的电流变化率大于2%，而支路二的电流变化率小于0.2%，则判断为支路一失谐；如果支路一的电流变化率小于0.2%，而支路二的电流变化率大于2%，则判断为支路二失谐；如果有下段，则继续步骤3.5，反之结束；
[0022]步骤3.5、求滤波下段并联部分的并联谐振频率；
[0023]步骤3.6、分别求下段并联谐振频率处两支路电流的变化率；
[0024]如果并联部分支路一的电流变化率大于2%，而支路二的电流变化率小于0.5%，则判断为支路一失谐；如果支路一的电流变化率小于0.5%，而支路二的电流变化率大于2%，则判断为支路二失谐。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0026]本发明只需在传统直流侧滤波器中串入电流互感器，利用测得的电流即可辨识出滤波器的失谐元件。本发明的系统结构简单，实现方便，实现了高压直流输电系统直流侧滤波器失谐参数的在线辨识的功能，在高压直流输电系统滤波器的在线状态估计和运行维护等场合具有很高的应用价值和市场推广前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法的系统结构图；
[0028]图2是本发明实施例的基于双调谐滤波器的高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法的结构图；
[0029]图3为本发明实施例的双调谐直流滤波器元件失谐前后阻抗的幅频特性；
[0030]图4为附图3中局部放大I ;[0031]图5为附图3中局部放大2。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0033]如附图1所示，目前所采用的直流侧滤波器有单调谐滤波器、双调谐滤波器和三调谐滤波器，它们的结构均可等效为附图1的形式。例如单调谐滤波器仅具有附图1中的串联部分(上段)，双调谐滤波器则包括附图1的串联部分(上段)与中间的并联部分(中段)，而三调谐滤波器则为附图1的形式，同时包括上中下段。本发明在滤波器各支路中分别串入电流互感器:如果是单调谐滤波器，则只需串入S1;如果是双调谐滤波器，则只需串入S21和S22 ;如果是三调谐滤波器，则只需串入S21、S22, S31和s32。
[0034]以图2所示的12次和24次双调谐滤波器为例来说明滤波器失谐的在线辨识方法，其失谐前后阻抗的幅频特性如图3所示。
[0035]步骤I):通过电流互感器S21和S22分别测量得到图2所示双调谐滤波器中段电流
i21和i22的实际运行值 “I (new)和 i 22 (new)， 其上段电流I1的实际运行值 ? I (new)_ i 21 (new) + ^ 22 (new) °
利用目前成熟的快速傅里叶变换(FFT)技术，可以得到电流
? I (new) ? i 21 (new)矛口 ^ 22 (new) 的各次
谐波电流的有效值I1OO
(new)，121 (h) (new)和 I22 (h) (new)以及相位角 Θ 1 (h)
(new) ， ^ 21
(h)
(new) ^口
θ 22 (h) (new)，其中 h 为谐波次数(h=l, 2，3，...)。
[0036]步骤2):根据高压直流输电系统的运行方式和系统参数，利用成熟的谐波分析技术，计算出图2所示双调谐滤波器上段的电流i1;中段电流i21和i22的设计值
il(old)，“lCold)
和土22(。1(1)。 利用目前成熟的快速傅里叶变换(FFT)技术，可以得到电流i
I (old)，“I (old)和 “2(01(1)
的各次谐波电流的有效值I1 (h) (old)，I21 (h) (old)和I22 (h) (old)以及相位角Θ i (h) (old)，Θ 21 (h)
(old)和 9 22 ⑶(old)。
[0037]步骤3):判断滤波器是否发生失谐。比较滤波器上段电流中具有谐振频率的谐波电流的实际运行值的有效值与设计值的有效值。在本实施例中的滤波器为12次和24次双调谐滤波器，因此需比较I1 (12) (new)和I1 (12) (old),以及I1 (24) (new)和I1 (24) (old)的大小。
[0038]根据图4可以看到，只要滤波器元件发生失谐，12次频率下滤波器的阻抗幅值都将增大，即Z(n?)c(12)>Z(()ld) (12)和Ζ(η_α2)>Ζ_ (12);根据图5可以看到，只要滤波器元件发生失谐，24次频率下滤波器的阻抗幅值都将增大，即Ζ(ηε*(24)>Ζ_ (24)和Ztow)L(24)>Z(old) (24)。其中Z(new)c(12)和Z(new)c(24)分别为电容失谐时滤波器的12次和24次谐波阻抗幅值；Z(nOT) J12)和Ζ(Μ&(24)分别为电感失谐时滤波器的12次和24次谐波阻抗幅值；Z(()ld) (12)和Ztad) (24)分别为无元件失谐时滤波器的12次和24次谐波阻抗幅值；因此在滤波器上施加的12次和24次谐波电压不变时，如果滤波器发生失谐，则流过滤波器的12次和24次谐波电流将显著减小，若:
[0039]
【权利要求】
1.一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法，其特征在于:在高压直流输电系统直流侧滤波器的支路中串入电流互感器，利用测量得到的电流，结合已知的直流侧滤波器的各元件参数或频率-阻抗特性，通过计算辨识出高压直流输电系统直流侧发生失谐滤波器的失谐元件。
2.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法，其特征在于:具体包括以下步骤， 步骤1、在高压直流输电系统直流侧滤波器的支路中串入电流互感器，分别测量各电流互感器电流的实际运行值，利用快速傅里叶变换FFT技术，计算得到各次谐波电流实际运行值的有效值； 步骤2、根据已知的直流侧滤波器的各元件参数或频率-阻抗特性，利用谐波分析技术，计算滤波器各支路谐波电流的设计值，利用快速傅里叶变换FFT技术，计算得到各次谐波电流设计值的有效值； 步骤3、判断滤波器是否发生失谐； 分别比较滤波器各支路电流中具有谐振频率的谐波电流的实际运行值的有效值与设计值的有效值，计算两者的电流变化率，根据电流变化率判断滤波器是否发生失谐。
3.根据权利要求2所述的一种高压直流输电系统直流侧滤波器失谐的在线辨识方法，其特征在于:所述步骤3的具体过程为: 步骤3.1、先计算出上段支路的电流； 如果含有并联支路，则上段支路的电流为各并联支路的电流之和；如果没有并联支路，则在串联支路接地侧接入电流互感器来获得上段支路电流； 步骤3.2、与滤波器正常运行时的上段支路电流进行对比，求解上段支路电流的变化率； 如果50次及以上的高次谐波电流的变化率小于0.5%，而I次的低次谐波电流的变化率大于2%，则失谐元件为串联部分电容元件；如果50次及以上的高次谐波电流的变化率大于2%，而，I次的低次谐波电流的变化率小于0.5%，则失谐元件为串联部分电感元件；如果有中段并联元件，则继续步骤3.3，反之结束； 步骤3.3、求滤波中段并联部分的并联谐振频率； 步骤3.4、分别求中段并联谐振频率处两支路电流的变化率； 如果并联部分支路一的电流变化率大于2%，而支路二的电流变化率小于0.5%，则判断为支路一失谐；如果支路一的电流变化率小于0.5%，而支路二的电流变化率大于2%，则判断为支路二失谐；如果有下段，则继续步骤3.5，反之结束； 步骤3.5、求滤波下段并联部分的并联谐振频率； 步骤3.6、分别求下段并联谐振频率处两支路电流的变化率； 如果并联部分支路一的电流变化率大于2%，而支路二的电流变化率小于0.5%，则判断为支路一失谐；如果支路一的电流变化率小于0.5%，而支路二的电流变化率大于2%，则判断为支路二失谐。
【文档编号】G01R31/00GK103675560SQ201310749925
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】黄银龙, 乐健, 毛涛, 罗汉武, 谭甜源 申请人:武汉大学