MMC‑HVDC暂态扰动交互影响状态的评价方法与流程

本发明属于柔性直流输电技术领域。

背景技术：

2001年，德国慕尼黑联邦国防军大学的Rainer Marquardt提出了模块化多电平换流器（multilevel modular converter，MMC）的概念。2010年11月，世界上第一个基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）工程-Trans Bay Cable 工程在美国旧金山市投入运行。实际工程和理论研究发现，当MMC-HVDC系统的交流侧或直流侧输电线路发生暂态扰动时，会对MMC整流站上下桥臂产生过流、过压的影响，并直接影响MMC内阀组寿命及运行状态。如果提出一种评判方法，通过对MMC换流站中各电气信息变化的分析，准确反映MMC换流站受不同暂态扰动的影响严重程度，继而实现对MMC运行状态的健康评判，必将推动MMC运行特性分析及交直流混联系统能量传递过程的研究进程。

技术实现要素：

本发明的目的是通过对MMC换流站中各电气信息变化的分析，准确反映MMC换流站受交流线路故障或扰动的影响严重程度，继而实现对MMC运行状态健康评判的MMC-HVDC暂态扰动交互影响状态的评价方法。

本发明的步骤是：

①采集数据并对其进行归一化处理：

将交流输电线路发生暂态故障时MMC整流站内的桥臂电流的峰值与未发生故障时MMC整流站内对应桥臂电流的峰值之比作为一个指标，由此得到六个指标a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆，

表1

设共有n种暂态扰动参与评估，评估指标数量为m个，x_ij为第j个暂态扰动指标i的参数，根据如下原则进行指标参数归一化：

对于越大越好的指标i对应参数按照式（1）进行归一化：

（1）

对于越小越好的指标i对应参数按照式（2）进行归一化：

（2）

继而组成规范指标矩阵，其中相量；

②确定各指标的Tsallis熵权：

利用式（3）对规范指标矩阵进行计算；

（3）

式中表示第j个指标的Tsallis熵权，；

③对Tsallis熵权进行归一化：

根据式（4）确定综合权重：

（4）

式中，

；

④确定关联度矩阵：

令为理想样本，与的关联系数为

（5）

式中，，

，

；为分辨系数，取值为0.5；

⑤加权关联度求解：

（6）

式中；

⑥根据关联度大小将进行排序，关联度越大说明与理想样本越接近。

本发明公式（3）中的的取值：

表3

。

本发明提出的评判方法将灰色关联分析和Tsallis熵统计理论的有机融合，并整合MMC换流站中繁杂的信息，将多组数据信息有机的融合统计，并能准确反映MMC换流站受交流线路故障或扰动的影响严重程度，实现对MMC运行状态的健康评判。本发明不但为深入分析MMC换流站运行特性提供了理论依据，也为交直流混联系统暂态能量传递过程的研究提供了技术支持。

附图说明

图1是MMC的等效电路。

具体实施方式

MMC由三相六个桥壁组成，每个桥壁由若干个相互连接且结构相同的子模块（sub-module, SM）与一个电抗器、一个等效阻抗串联构成，上、下两个桥壁构成一个相单元，如图1所示。和分别为阀侧电压、电流，为直流电压，、分别为正、负直流母线电流，其平均值为。桥壁电压可以用6个受控电压源、来等效，下标p、n分别为上桥壁和下桥臂，相应的桥臂电流分别为和。工程实验表明，当交流输电线路发生暂态故障时，MMC整流站内各相上下桥臂的能量分布是存在差异的。但由于各相的电气信号暂态突变成分复杂，检测值存在不确定性及模糊性等特征，传统的状态评判方法无法满足评判精度要求。基于此，本专利提出了一种基于Tsallis熵权法和灰色关联分析法的MMC-HVDC暂态扰动交互影响状态的评价方法，为分析MMC运行特性及交直流混联系统能量传递过程提供理论依据。所以，利用换流站桥臂电流信号对MMC运行状态的评判过程如下所示（如表2所示）：

表2

。

本发明的步骤是：

①采集数据并对其进行归一化处理：

将交流输电线路发生暂态故障时MMC整流站内的桥臂电流的峰值与未发生故障时MMC整流站内对应桥臂电流的峰值之比作为一个指标，由此得到六个指标a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆，

表1

设共有n种暂态扰动参与评估，评估指标数量为m个，x_ij为第j个暂态扰动指标i的参数，根据如下原则进行指标参数归一化：

对于越大越好的指标i对应参数按照式（1）进行归一化：

（1）

对于越小越好的指标i对应参数按照式（2）进行归一化：

（2）

继而组成规范指标矩阵，其中相量；

②确定各指标的Tsallis熵权：

利用式（3）对规范指标矩阵进行计算；

（3）

式中表示第j个指标的Tsallis熵权，；

③对Tsallis熵权进行归一化：

根据式（4）确定综合权重：

（4）

式中，

；

④确定关联度矩阵：

令为理想样本，与的关联系数为

（5）

式中，，

，

；为分辨系数，取值为0.5；

⑤加权关联度求解：

（6）

式中；

⑥根据关联度大小将进行排序，关联度越大说明与理想样本越接近。

本发明公式（3）中的的取值：

表3

。

以下对本发明做进一步详细描述：

灰色关联分析是建立在充分的利用客观数据的基础上，得到各个方案与最优理想方案的接近度，从而进行决策。灰色关联分析法能够处理信息不完全明确的灰色系统，对于小样本无规律指标的评价问题决策准确性较高。基于灰色关联分析评价问题决策准确性较高等特点，结合Tsallis熵灵活的统计特性，本发明将Tsallis熵和灰色关联分析法结合，构建了一种基于Tsallis熵权法和灰色关联分析法的MMC-HVDC暂态扰动交互影响状态的评价方法，并将其应用于MMC换流站运行状态的综合评判。

以MMC-HVDC系统交流输电线路A相接地短路、AB相接地短路、AB相不接地短路、ABC短路、A相雷击、直流母线单极接地、直流母线两极短接、直流母线雷击为例，AB相接地短路为例，对其进行验证。采集数据的时间为2s，故障发生在第1s，持续时间为0.02s。

步骤一：采集数据并对其进行归一化处理

将交流输电线路发生暂态故障时MMC整流站内的桥臂电流的峰值与未发生故障时MMC整流站内对应桥臂电流的峰值之比作为一个指标，由此可得到六个指标，其各暂态故障指标数据如表2所示。

利用式（2）对各暂态故障（包括无故障）指标数据进行归一化，继而组成规范指标矩阵，其中相量；。

步骤二：确定各指标的Tsallis熵权

利用式（3）对规范指标矩阵进行计算，（与n的关系如表3所示）。

步骤三：对Tsallis熵权进行归一化

根据式（4）确定综合权重：式（4）中，。

步骤四：确定关联度矩阵

令为理想方案，，根据式（5）确定关联系数矩阵，如下所示：

。

步骤五：加权关联度求解

（6）

式中

。

步骤六：根据关联度大小将进行排序

根据关联度进行排序。通过分析发现，A相雷击的关联度最大，直流母线单极接地、A相接地短路、直流母线雷击、AB相不接地短路、AB相接地短路、ABC短路的关联度其次，直流母线两极短接的关联度最小。所以直流母线两极短接对MMC的运行状态影响最严重，ABC短路、AB相接地短路、AB相不接地短路、直流母线雷击、A相接地短路、直流母线单极接地对MMC的运行状态影响其次，A相雷击对MMC的运行状态影响最小。