交流暂态电压对直流控制保护系统影响的分析系统及方法与流程

本发明涉及直流系统运行技术和电力系统电磁暂态分析领域，尤其是涉及一种交流暂态电压对直流控制保护系统影响的分析系统及方法。

背景技术：

由于现代工业生产对用电质量要求的不断提高，供电系统出现电压跌落，升高或中断等暂态问题后会对影响生产过程正常运行，尤其对于石油化工、造纸、发电厂等生产工艺会造成致命的损害。输配电系统故障致供电系统电压降低、断电或升高导致负荷无法正常工作，从而影响生产流程正常运行。因此，对暂态电压进行分析，并采取高新技术手段减少和避免暂态电压过程带来的危害已经成为现代企业供电技术的迫切问题。

从调度运行提供的数据看，多个超特高压直流输电工程投运以来，已多次遭受交流电网故障及未明原因的干扰，导致直流闭锁、输送功率突然损失，对电网稳定运行产生不利影响。原因可能是在某些运行方式变化过程中产生了电压的暂态过程，目前对这些暂态过程对直流系统的影响尚缺乏研究。

随着直流输电系统容量越来越大，送受端直流接入点和落点越来越集中，与交流电网的相互作用越来越显著，相应交流系统的电磁暂态特征变得越来越重要，对已投运的特高压交直流混联系统的长期稳定运行提出了挑战。因此需要对交流系统暂态电压的影响提出有效的分析方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种交流暂态电压对直流控制保护系统影响的分析系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种交流暂态电压对直流控制保护系统影响的分析系统，包括：

交流系统暂态电压获取模块，用于采集交流系统暂态过程；

特征参量提取模块，用于根据所采集的交流系统暂态过程提取交流暂态电压的特征参量；

直流系统影响函数获取模块，用于根据所述特征参量获取直流系统影响函数；

直流系统优化模块，用于根据所述直流系统影响函数生成优化后的直流控制保护系统的控制保护逻辑和参数。

所述交流系统暂态电压获取模块包括带有暂态电压监测的宽频CVT监测装置。

所述宽频CVT监测装置的采样率为10MS/S。

所述交流系统暂态电压获取模块包括：

模型建立单元，用于建立交流系统暂态模型；

仿真结果记录单元，用于对所建立的交流系统暂态模型进行仿真，记录交流系统暂态过程。

所述特征参量包括过电压标幺值、有效值变化量、有效值变化率、过零点偏移、总谐波畸变率和谐波含有率。

所述电压标幺值的计算公式为：

u^*＝u_max/u

式中，u^*为电压标幺值，u_max为暂态电压最大值，u为稳态下的电压峰值；

所述有效值变化量的计算公式为：

Δu_rmp＝u_rmp,m-u_rmp,0

式中，Δu_rmp为有效值变化量，u_rmp,m为暂态电压有效值的极值，u_rmp,0为电压在稳态情况下的有效值；

所述有效值变化率的计算公式为：

${\mathrm{du}}_{rmp,i}=\frac{u_{rmp,i}-u_{rmp,i-1}}{T_s}$

式中，du_rmp,i为有效值变化率，u_p为暂态电压的第p次的采样值，n为每个周期的采样次数，T_s为采样周期；

所述过零点偏移的计算公式为：

Δt₀＝t_0,t-t_0,s

式中，Δt₀为过零点偏移，t_0,t为暂态电压的实际过零点时间，t_0,s为依据稳态电压周期下本应有的过零点时间；

所述总谐波畸变率的计算公式为：

$THD=\frac{{\mathrm{\Σ}}_2^{\mathrm{\∞}}{V}_n^2}{V_1^2}\≈\frac{V_{rms}^2-V_1^2}{V_1^2}\×100\%$

式中，THD为总谐波畸变率，V_n为第n次谐波的有效值，V₁为基波有效值，V_rms为暂态电压波的有效值；

所述谐波含有率的计算公式为：

HR_n＝V_n/V₁×100％

式中，HR_n为谐波含有率。

所述直流系统影响函数获取模块包括：

单参数影响函数获取单元，用于根据各特征参量、直流控制保护系统工作原理和直流阀单元特性获得对应的单参数影响函数；

直流系统影响系数获取单元，用于根据各单参数影响函数获得用以评判交流系统暂态过程对直流控制保护系统的影响程度的影响系数。

一种交流暂态电压对直流控制保护系统影响的分析方法，包括以下步骤：

1)采集交流系统暂态过程；

2)根据所采集的交流系统暂态过程提取交流暂态电压的特征参量；

3)根据所述特征参量获取直流系统影响函数；

4)根据所述直流系统影响函数生成优化后的直流控制保护系统的控制保护逻辑和参数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明系统可便捷地获取交流暂态电压对直流控制保护系统的影响，分析结果可靠。

2)本发明可以获得交流系统暂态电压特征量及其对直流控保系统的作用函数，获得的作用函数可直接被直流系统控保系统应用，借以调整控保逻辑和参数，为直流输电工程的控保逻辑的优化和修改提供理论依据，减少直流系统的换相失败发生的概率。

3)本发明中交流系统电压暂态电压的特征量提取不仅可供直流系统控保逻辑的优化使用，更能直观明了地体现交流系统暂态过程的特性，为交流系统暂态过程研究和绝缘配合研究提供新思路和方向。

4)本发明中交流系统暂态电压的特征量对直流系统运行的影响系数可直接为直流输电工程的控保逻辑的优化和修改提供理论依据，促进直流输电工程控制的国产化，使其更贴合我国电网实际。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图；

图2为交流系统典型暂态过程示意图；

图3为经连续傅里叶分析后的暂态电压波。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种交流暂态电压对直流控制保护系统影响的分析系统，包括交流系统暂态电压获取模块、特征参量提取模块、直流系统影响函数获取模块和直流系统优化模块，其中，交流系统暂态电压获取模块用于采集交流系统暂态过程；特征参量提取模块用于根据所采集的交流系统暂态过程提取交流暂态电压的特征参量；直流系统影响函数获取模块用于根据所述特征参量获取直流系统影响函数；直流系统优化模块用于根据所述直流系统影响函数生成优化后的直流控制保护系统的控制保护逻辑和参数，以优化直流控制保护系统，减少直流系统的换相失败发生的概率。

交流系统暂态电压获取模块获取数据可以通过录波方式，录波的装置可采用带有暂态电压监测的宽频CVT监测装置。宽频CVT监测装置可采用专利申请201310255894.4公开的“基于CVT内置低压电容的暂态过电压在线监测系统”或无内置低压电容的CVT监测装置。本实施例中，宽频CVT监测装置的采样率(f)为10MS/S，可实现百μs级乃至十μs级的暂态过程的监测，录波结果可基本记录交流系统暂态过程的全部特性。

本发明的另一实施例中，交流系统暂态电压获取模块获取数据通过仿真方式，则交流系统暂态电压获取模块包括用于建立交流系统暂态模型的模型建立单元和用于对所建立的交流系统暂态模型进行仿真、记录交流系统暂态过程的仿真结果记录单元。

特征参量提取模块对监测或仿真获得的暂态录波数据，如图2所示，使用MATLAB等数据分析软件，分析暂态录波装置的录波数据，提取交流系统暂态电压的特征参量，包括过电压标幺值、有效值变化量、有效值变化率、过零点偏移、总谐波畸变率和谐波含有率。

a)过电压标幺值u^*＝u_max/u

式中，u_max为暂态电压最大值，u为稳态下的电压峰值。

b)有效值

有效值变化量Δu_rmp＝u_rmp,m-u_rmp,0

有效值变化率

式中，u_p为暂态电压的第p次的采样值，n为每个周期的采样次数，n＝T_g*f，f为采样率，T_g为信号周期，T_s为采样周期，T_s＝1/f，u_rmp,m为暂态电压有效值的极值，u_rmp,0为电压在稳态情况下的有效值。

c)过零点偏移Δt₀＝t_0,t-t_0,s

式中，Δt₀为过零点偏移，t_0,t为暂态电压的实际过零点时间，t_0,s为依据稳态电压周期下本应有的过零点时间。

d)谐波含量

谐波含量分析即对暂态电压波进行连续傅里叶分析，如图3所示，得到暂态电压波中的各次谐波含有率(HR)以及总谐波畸变率THD：

$THD=\frac{{\mathrm{\Σ}}_2^{\mathrm{\∞}}{V}_n^2}{V_1^2}\≈\frac{V_{rms}^2-V_1^2}{V_1^2}\×100\%$

HR_n＝V_n/V₁×100％

式中，V_n为第n次谐波的有效值，V₁为基波有效值，V_rms为暂态电压波的有效值，HR_n为第n次谐波的含有率。

直流系统影响函数获取模块包括单参数影响函数获取单元和直流系统影响系数获取单元。

单参数影响函数获取单元用于根据各特征参量、直流控制保护系统工作原理和直流阀单元特性获得对应的单参数影响函数，如表1所示，各单参数影响函数的具体表达由直流控制保护系统工作原理和直流阀单元特性确定。

表1

直流系统影响系数获取单元用于根据各单参数影响函数获得用以评判交流系统暂态过程对直流控制保护系统的影响程度的影响系数δ：

δ＝f[f(u^*),f(Δu_rmp),f(du_rmp),f(Δt₀),f(THD),f(HR_n)]。