一种基于滤波器支路电流多重分形谱特高压直流线路故障识别方法与流程

本发明涉及一种基于滤波器支路电流多重分形谱特高压直流线路故障识别方法，属于直流线路保护技术领域。

背景技术：

直流输电线路距离长，跨越地区的环境复杂，发生故障的机率大，实际运行数据显示，直流线路故障约占直流输电系统故障的50％。然而，实际工程表明直流线路保护正确动作的保护率仅50％，有近一半的直流线路故障由控制系统动作，直接闭锁直流输电系统，将引起不必要的直流停运。直流线路故障导致直流系统闭锁，不仅造成了大量的负荷损失，而且对电网的冲击很大，甚至会影响电网的稳定运行。目前我国已投运的直流输电线路保护主要以变化率和变化量为基础的行波保护、微分欠电压保护、纵联差动保护和低电压保护等。通过行波保护在工程实际中的动作情况进行分析发现：以du/dt为核心的行波保护往往不能可靠的响应高阻故障(High impedance fault，HIF)，而作为高阻故障检测的纵联差动保护是依靠延时来躲过交流系统故障期间暂态响应以保障其不误动。同时，为避免功率调整期间不误动，SIMENS差动保护中又增加了闭锁逻辑，故此纵联差动保护出口延时太长，可能会致使纵联差动保护常常起不到后备保护作用，甚至可能会致使直流控制系统保护先动作，引起不必要的直流闭锁事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于滤波器支路电流多重分形谱特高压直流线路故障识别方法，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种基于滤波器支路电流多重分形谱特高压直流线路故障识别方法，当直流线路发生故障时，采样频率为6.4kHz，利用滤波器支路量测端获取电流数据；选取k(k≥2)个合适的边长分别为ε₁,ε₂,……ε_k的正方形去覆盖电流i(t)，得到质量分布概率p_k(ε)和不均匀程度指标Δα，最后根据不均匀程度指标Δα是否大于定值Δα_set来识别直流线路区内外故障。

具体步骤为：

第一步、利用滤波器支路量测端获得电流i(t)；

第二步、计算质量分布概率p_k(ε)为：

式(1)中，i_k(ε)采用边长分别为ε₁,ε₂,……ε_k的正方形去覆盖量测端电流信号i(t)，得到的每个盒子的质量，为所有盒子的质量；

第三步、对质量分布概率p_k(ε)用q次方进行加权求和得到配分函数χ_q(ε)，配分函数χ_q(ε)与尺度ε存在以下关系：

χ_q(ε)≡∑p_k(ε)^q (2)

对于q的求取，可事先给定q一个初值，对不同的q进行循环，根据式(2)得到配分函数χ_q(ε)；

第四步、对配分函数χ_q(ε)和盒子边长ε求取边长后，再根据式(3)，即可求得广义维数D_q；

第五步、根据式(4)得到质量指数τ(q)，其本质就是χ_q(ε)与ε在双对数坐标曲线上的斜率；

τ(q)＝(q-1)D_q (4)

第六步、根据式(5)和(6)就可以得到标度指数α和具有形同奇异程度α的分形维数f(α)：

f(α)＝qα-τ(q) (6)

第七步、计算不均匀度指标为Δα；

Δα＝α_max-α_min (7)

式(7)中，α_min对应质量分布概率最大的子集，α_max对应质量分布概率最小的子集；

第八步、构造基于多重分型谱的直流线路区内、区外故障的识别判据为：

若Δα≥Δα_set，则为区内故障

若Δα＜Δα_set，则为区外故障

式中，Δα_set为定值。

本发明的有益效果是：基于采用多重分形谱来刻画直流线路区内、区外故障下的时域波形，并依此构成的保护判据，相较于现行的行波保护耐过渡电阻的能力强。

附图说明

图1是本发明云广±800kV特高压直流输电系统的仿真模型图；

图2是本发明距离整流侧1300km线路故障下量测端电流图；

图3是本发明lnχ_q(ε)与lnε的关系曲线图；

图4是本发明τ(q)与q的关系曲线图；

图5是本发明α和f(α)的关系曲线图；

图6是本发明全线长范围内的不均匀度指标Δα的分布图；

图7是本发明各种区外故障下不均匀度指标Δα的分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种基于滤波器支路电流多重分形谱特高压直流线路故障识别方法，当直流线路发生故障时，采样频率为6.4kHz，利用滤波器支路量测端获取电流数据；选取k(k≥2)个合适的边长分别为ε₁,ε₂,……ε_k的正方形去覆盖电流i(t)，得到质量分布概率p_k(ε)和不均匀程度指标Δα，最后根据不均匀程度指标Δα是否大于定值Δα_set来识别直流线路区内外故障。

具体步骤为：

第一步、利用滤波器支路量测端获得电流i(t)；

第二步、计算质量分布概率p_k(ε)为：

式(1)中，i_k(ε)采用边长分别为ε₁,ε₂,……ε_k的正方形去覆盖量测端电流信号i(t)，得到的每个盒子的质量，为所有盒子的质量；

第三步、对质量分布概率p_k(ε)用q次方进行加权求和得到配分函数χ_q(ε)，配分函数χ_q(ε)与尺度ε存在以下关系：

χ_q(ε)≡∑p_k(ε)^q (2)

对于q的求取，可事先给定q一个初值，对不同的q进行循环，根据式(2)得到配分函数χ_q(ε)；

第四步、对配分函数χ_q(ε)和盒子边长ε求取边长后，再根据式(3)，即可求得广义维数D_q；

第五步、根据式(4)得到质量指数τ(q)，其本质就是χ_q(ε)与ε在双对数坐标曲线上的斜率；

τ(q)＝(q-1)D_q (4)

第六步、根据式(5)和(6)就可以得到标度指数α和具有形同奇异程度α的分形维数f(α)：

f(α)＝qα-τ(q) (6)

第七步、计算不均匀度指标为Δα；

Δα＝α_max-α_min (7)

式(7)中，α_min对应质量分布概率最大的子集，α_max对应质量分布概率最小的子集；

第八步、构造基于多重分型谱的直流线路区内、区外故障的识别判据为：

若Δα≥Δα_set，则为区内故障

若Δα＜Δα_set，则为区外故障

式中，Δα_set为定值。

实施例1：建立如附图1所示的以云广±800kV特高压直流输电系统作为仿真模型。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。现假设正极线路距M端100km发生接地故障，过渡电阻为100Ω。

根据步骤一利用滤波器支路量测端Q获得电流i(t)；根据步骤二和式(1)计算得到质量分布概率p_k(ε)；根据步骤三和式(2)计算得到配分函数χ_q(ε)；根据步骤四和式(4)计算得到广义维数D_q；根据步骤五和式(4)得到质量指数τ(q)；根据步骤六和式(5)和(6)就可以得到α和f(α)；根据步骤七和式(7)计算不均匀度指标为Δα＝1.2782；根据步骤八，可知Δα＝1.2782＞Δα_set，可知为区内故障。

实施例2：建立如附图1所示的以云广±800kV特高压直流输电系统作为仿真模型。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。现假设负极线路距M端1000km发生接地故障，过渡电阻为100Ω。

根据步骤一利用滤波器支路量测端Q获得电流i(t)；根据步骤二和式(1)计算得到质量分布概率p_k(ε)；根据步骤三和式(2)计算得到配分函数χ_q(ε)；根据步骤四和式(4)计算得到广义维数D_q；根据步骤五和式(4)得到质量指数τ(q)；根据步骤六和式(5)和(6)就可以得到α和f(α)；根据步骤七和式(7)计算不均匀度指标为Δα＝1.5176；根据步骤八，可知Δα＝1.5176＞Δα_set，可知为区内故障。

实施例3：建立如附图1所示的以云广±800kV特高压直流输电系统作为仿真模型。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。现假设整流侧出口发生接地故障，过渡电阻为10Ω。

根据步骤一利用滤波器支路量测端Q获得电流i(t)；根据步骤二和式(1)计算得到质量分布概率p_k(ε)；根据步骤三和式(2)计算得到配分函数χ_q(ε)；根据步骤四和式(4)计算得到广义维数D_q；根据步骤五和式(4)得到质量指数τ(q)；根据步骤六和式(5)和(6)就可以得到α和f(α)；根据步骤七和式(7)计算不均匀度指标为Δα＝0.7586；根据步骤八，可知Δα＝0.7586＜Δα_set，可知为区外故障。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。