两电平柔性直流输电换流器故障保护后的故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于柔性直流输电系统技术领域，具体涉及一种两电平柔性直流输电换流 器故障保护后的故障诊断方法。
【背景技术】
[0002] 柔性直流输电系统(VSC-HVDC)是应绿色电网、新能源发电并网要求而发展起来的 一种新型直流输电技术，现今已广泛应用到风力发电、孤岛送电、海洋发电等很多领域。电 压源换流器(VSC)作为VSC-HVDC系统的核心，它实现交流电与直流电的变换，但过压过流能 力差，容易出现故障问题并维护困难，因此研究电压源换流器内部故障，制定故障保护策 略，准确识别故障类型及位置，为装置的安全可靠运行与故障快速恢复提供有力的保障十 分重要。
[0003] 目前关于VSC-HVDC换流器故障保护的取得了不少成果，例如，申请号为 201110243651. X的中国专利公开一种模块化多电平换流器的保护系统及其保护方法，该方 法在电抗器和电网的连接之间设置光学电流互感器，通过监测判定是否有过流现象，若有 过流现象是进行暂时全局闭锁还是永久全局闭锁；申请号为201510089088.3的中国专利公 开了柔性直流输电多电平的过流保护方法，该方法研究解决了包括阀基电子设备检测阀桥 臂过流故障保护配置方法，以及阀基电子设备检测过流故障时保护功能实现方法。
[0004] 目前关于VSC-HVDC换流器故障诊断的成果较少，例如，申请号为201310132795.7 的中国专利公开了一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法，针对子模块的子模块 IGBT短路、IGBT开路、FWD短路等故障做了分析，通过电容电压、桥臂电流及此时的触发信号 作为故障诊断信号进行子模块故障诊断;作者李志雄和严新平于2011年发表的论文《独立 分量分析和流形学习在VSC-HVDC系统故障诊断的应用》，以及作者孙晓云、同向前和尹军于 2012年发表的论文《VSC-HVDC系统换流器故障仿真分析及诊断方法的研究》研究基于两电 平电压源换流器的VSC-HVDC故障运行特性，结合信号处理和模式识别的思想设计换流器故 障诊断方法;但是，现有技术中提出的基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC故障诊断方法 需要提取较长时间的诊断信号，如果电压源换流器出现交流单相接地等后果严重的贯穿故 障，故障瞬间产生严重过流现象，短时间内需要启动保护策略保护电压源换流器，而提出的 诊断方法遇到了提取故障诊断信号的困难，其故障诊断方法很难应用于实际系统。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种两电平柔 性直流输电换流器故障保护后的故障诊断方法，其方法步骤简单，实现方便，成本较低，计 算速度快，故障诊断识别率高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种两电平柔性直流输电换流 器故障保护后的故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、故障信号采集：当换流器故障诊断模块接收到换流器故障保护模块发送 给其的IGBT器件闭锁脉冲后，换流器故障诊断模块采集电压传感器检测到的故障换流器闭 锁时刻输出端的直流电压Udc(O)，以及故障换流器闭锁后两个周期内A相电流传感器检测到 的故障换流器闭锁后的A相交流电流i a(n)、B相电流传感器检测到的故障换流器闭锁后的B 相交流电流ib(n)和C相电流传感器检测到的故障换流器闭锁后的C相交流电流ic(n);其中， η的取值为1、2、-_、21~为故障换流器闭锁后一个周期内4相电流传感器、8相电流传感器和 C相电流传感器的采样点数;Ν的取值为50~200的自然数；
[0008] 步骤二、故障信号预处理:换流器故障诊断模块以换流器故障前换流器直流电压 设定值uset为标么值，根据标么化预处理直流电压计算公式1]'< 1。(0)=1]<1。(0)/1^计算得到 标幺化预处理后的故障换流器闭锁时刻输出端的直流电压U'dc(O);
[0009] 步骤三、故障特征参数计算，具体过程为：
[001。]步骤301、换流器故障诊断模块根据公式"=4. ￡计算得到A相 交流电流的直流量ia〇、B相交流电流的直流量ibQ和C相交流电流的直流量ico;
[0011]步骤3〇2、换流器故障诊断模块根据公式U =去f丨;>)丨,(x = ?Ac)计算得到A相交 流电流的绝对平均值Η、b相交流电流的绝对平均值|41和c相交流电流的绝对平均值|7]; [0012]步骤303、换流器故障诊断模块根据公式|/|inax := max(/u ,|4 , /f )计算得到三相交流 电流绝对平均值的最大值P ； .丨.丨max ,
[0013]步骤304、换流器故障诊断模块根据公式卜'|min = min(/s4., z:e)计算得至丨」三相交流电 流绝对平均值的最小值胃.; I l.min λ
[0014] 步骤305、换流器故障诊断模块根据公式imax abs = max( I iaQ I , I ibQ | , i。。|)计算得到 三相交流电流的直流量的绝对最大值imX abs;
[0015] 步骤四、换流器故障诊断模块通过层次化方法进行换流器故障诊断，具体过程为：
[0016] 步骤401、换流器故障诊断模块根据判定条件|z'|max < $判定故障类型，当判定条件 PLx < 4成立时，判定故障类型为桥臂直通故障和直流接地故障中的一类，执行步骤402;否 贝1J，当判定条件βωχ<戎不成立时，判定故障类型为IGBT器件失效短路故障、单相接地故障 和两相短路故障中的一类，执行步骤403;其中，3:为三相交流电流绝对平均值的最大值 的故障判定阈值；
[0017] 步骤402、换流器故障诊断模块根据判定条件υ'&(0)>δ2判定故障类型，当判定条 件υ'&(ο)>δ 2成立时，判定故障类型为直流接地故障；否则，当判定条件υ'&(ο)>δ2不成立 时，判定故障类型为桥臂直通故障;其中，S 2为标幺化预处理后的故障换流器闭锁时刻输出 端的直流电压U ' d。(0)的故障判定阈值；
[0018] 步骤403、换流器故障诊断模块根据判定条件@_< $判定故障类型，当判定条件 4成立时，判定故障类型为两相短路故障，执行步骤4〇4;否则，当判定条件< $不 成立时，判定故障类型为IGBT器件失效短路故障和单相接地故障中的一类，执行步骤405; 其中，δ3为三相交流电流绝对平均值的最小值的故障判定阈值；
[0019] 步骤404、换流器故障诊断模块根据判定条件（=|i_|min,(x_ = ?,.:&,c)判定故障相位 置，当判定条件141 = 成立时，判定A相为非故障相，B相和C相为故障相；当判定条件 4| = 时·，判定B相为非故障相，A相和C相为故障相；当判定条件|ie | =p[min成泣:时·，判 定C相为非故障相，A相和B相为故障相；
[0020] 步骤405、换流器故障诊断模块根据判定条件判定故障类型，当判定条 件kLx = ?时'，判定故^障类?^IGBT器^牛失效:短路故^障，执^亍步@聚406;否则，3判定 ?牛卜腿-不?日寸，歩丨淀挪章勒瞧土也挪章，抛亍剝聚407;
[0021]步骤406、换流器故障诊断模块根据判定条件|ix〇| =imax ￡^，（1 = 3，13，〇)判定故障 相位置，当判定条件I ia〇| =imaX abs成立时，判定A相为故障相，B相和C相为非故障相，再根据 判定条件iaQ〈〇判定故障是A相上桥臂故障还是A相下桥臂故障，当判定条件iaQ〈0成立时，判 定为A相上桥臂故障，否则，当判定条件ia〇〈0不成立时，判定为A相下桥臂故障；当判定条件 ibol =imax abs成立时，判定B相为故障相，A相和C相为非故障相，再根据判定条件ib〇〈0判定故 障是B相上桥臂故障还是B相下桥臂故障，当判定条件ibQ〈0成立时，判定为B相上桥臂故障， 否则，当判定条件ibQ〈0不成立时，判定为B相下桥臂故障；当判定条件I id)| =imaX abs成立时， 判定C相为故障相，A相和B相为非故障相，再根据判定条件;[。()〈0判定故障是C相上桥臂故障 还是C相下桥臂故障，当判定条件ictKO成立时，判定为C相上桥臂故障，否则，当判定条件i c0 〈0不