一种高压直流输电系统逆变站区内外故障识别方法与流程

本发明涉及电力系统故障识别技术领域，具体为一种高压直流输电系统逆变站区内外故障识别方法。

背景技术：

高压直流输电系统输电容量大、输电距离远、传输损耗低，因此在我国电力格局中占据着越来越重要的地位。高压直流输电的基本原理是：在高压直流输电系统的送电端通过整流站进行整流，将三相交流电转换为直流电，电能经过高压直流输电线路传输，在高压直流输电系统的受电端通过逆变站进行逆变，将直流电转换为三相交流电，电能则通过逆变站区外的多条交流线路输送给与其连接的电网或电站。

为了防止在整流站和逆变站区内发生故障时整流站和逆变站设备损坏，实际工程为整流站和逆变站配置了多类保护，然而实际工程运行经验表明，整流站和逆变站的保护尤其是逆变站的部分保护缺乏对区内外故障的辨识能力。如在逆变站区外的交流线路发生故障时，逆变站的低直流电压保护、100hz保护等保护会出现误动作，从而可能导致高压直流输电系统误停运，中断功率的传输，甚至影响电网的安全稳定运行。因此有必要引入一种高压直流输电系统逆变站区内外故障的识别方法，为逆变站保护赋予对逆变站区内外故障的辨识能力，为提高逆变站保护的可靠性提供基础。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可实现对逆变站区内外故障的识别，为逆变站保护赋予对逆变站区内外故障的辨识能力，为提高逆变站保护的可靠性提供基础的高压直流输电系统逆变站区内外故障识别方法。技术方案如下：

一种高压直流输电系统逆变站区内外故障识别方法，包括以下步骤：

步骤a：故障检测

实时判断高压直流输电系统逆变侧的控制保护系统是否检测到故障：若否，则返回继续判断；若是，则记录当前时刻为故障时刻t0；

步骤b：信号采集与故障分量计算

步骤b1：实时获取在故障后即t0时刻后逆变站的m个换流变压器一次侧的三相电流信号ia_tbj、ib_tbj和ic_tbj，j＝1,2,…m；实时获取在t0时刻后逆变站区外的n条交流线路近逆变站端的三相电流信号：ia_lk、ib_lk和ic_lk，k＝1,2,…n；

步骤b2：分别计算s毫秒时间窗内ia_tbj、ib_tbj和ic_tbj，j＝1,2,…m的故障分量分别为：△ia_tbj、△ib_tbj、和△ic_tbj，j＝1,2,…m；并分别计算s毫秒时间窗内ia_lk、ib_lk和ic_lk，k＝1,2,…n的故障分量分别为：△ia_lk、△ib_lk和△ic_lk，k＝1,2,…n；

步骤c：计算各换流变压器一次侧电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值与各交流线路近逆变站端电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值的比值：

步骤c1：分别对△ia_tbj、△ib_tbj、和△ic_tbj，j＝1,2,…m进行相模变换得到m个换流变压器的一次侧电流故障分量的模量：

分别对ia_lk、ib_lk和ic_lk，k＝1,2,…n进行相模变换得到n条交流线路近逆变站端电流故障分量的模量：

步骤c2：对△i_tbj，j＝1,2,…m进行s变换，提取各换流变压器一次侧电流故障分量模量的h次特征谐波：△i_tbj^h，j＝1,2,…m；

对△i_lk进行s变换，提取各交流线路近逆变站端电流故障分量模量的h次特征谐波分量：，△i_lk^h，k＝1,2,…n；

步骤c3：计算换流变压器一次测电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值itb^h＝abs(△i_tb1^h+△i_tb2^h+…+△i_tbm^h)；计算交流线路近逆变站端电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值il^h＝abs(△i_l1^h+△i_l2^h+…+△i_ln^h)；

步骤c4：计算itb^h与il^h的比值

步骤d：逆变站区内外故障识别

判断λ>kset是否成立：若是，则判断发生的故障为逆变站区内故障；若否，则判断发生的故障为逆变站区外故障，其中kset为故障识别阈值。

进一步的，所述步骤c2中的特征谐波次数h取为11。

更进一步的，所述步骤d中的故障识别阈值kset取为1.5。

本发明的有益效果是：

1)本发明可实现对逆变站区内外故障的识别，为逆变站保护赋予对逆变站区内外故障的辨识能力，为提高逆变站保护的可靠性提供基础；

2)本发明需要采集换流变压器一次侧三相电流信号和逆变站区外交流线路的近逆变站端的三相电流信号，各信号测点距离逆变侧的控制保护系统较近，无需依赖长距离通信汇总采集到的信号数据；

3)本发明仅需提取换流变压器一次侧电流故障分量模量的11次特征谐波分量和交流线路近逆变站端电流故障分量模量的11次特征谐波分量，由于11次特征谐波的频率为550hz，故本发明对信号的采样频率仅需在1100hz以上即可，对采样频率的要求较低，方便工程实施。

4)由于12脉动换流器的固有特性，现有的所有高压直流输电工程中的换流变压器一次侧和逆变站区外交流线路的近逆变站端均存在11次特征谐波，因此本发明可适用于所有的高压直流输电工程。

附图说明

图1为高压直流输电系统逆变站区内外故障分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。高压直流输电系统逆变站区内外故障分布如图1所示，高压直流输电系统逆变站区内外故障识别方法，具体实现步骤为：

步骤a：故障检测

判断高压直流输电系统逆变侧的控制保护系统是否检测到故障，若否，则返回继续判断，若是，则记录此时为故障时刻t0。

步骤b：信号采集与故障分量计算

步骤b1：实时获取在故障后即t0时刻后逆变站的m个换流变压器tb1～tbm一次侧的三相电流信号：ia_tb1、ib_tb1、ic_tb1，ia_tb2、ib_tb2、ic_tb2，…，ia_tbm、ib_tbm、ic_tbm；

实时获取在t0时刻后逆变站区外的n条交流线路l1～ln近逆变站端的三相电流信号：ia_l1、ib_l1、ic_l1，ia_l2、ib_l2、ic_l2，…，ia_ln、ib_ln、ic_ln。

在本实施例中，对各信号的采样频率为10000hz。

步骤b2：计算s毫秒时间窗内ia_tb1、ib_tb1、ic_tb1，ia_tb2、ib_tb2、ic_tb2，…，ia_tbm、ib_tbm、ic_tbm的故障分量：△ia_tb1、△ib_tb1、△ic_tb1，△ia_tb2、△ib_tb2、△ic_tb2，…，△ia_tbm、△ib_tbm、△ic_tbm；

计算s毫秒时间窗内ia_l1、ib_l1、ic_l1，ia_l2、ib_l2、ic_l2，…，ia_ln、ib_ln、ic_ln的故障分量：△ia_l1、△ib_l1、△ic_l1，△ia_l2、△ib_l2、△ic_l2，…，△ia_ln、△ib_ln、△ic_ln。

在本实施例中，s毫秒取1ms。

步骤c：计算各换流变压器一次侧电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值与各交流线路近逆变站端电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值的比值：

步骤c1：对△ia_tb1、△ib_tb1、△ic_tb1，△ia_tb2、△ib_tb2、△ic_tb2，…，△ia_tbm、△ib_tbm、△ic_tbm进行相模变换得到换流变压器tb1～tbm一次侧电流故障分量的模量：

对△ia_l1、△ib_l1、△ic_l1，△ia_l2、△ib_l2、△ic_l2，…，△ia_ln、△ib_ln、△ic_ln进行相模变换得到交流线路l1～ln近逆变站端电流故障分量的模量分别为：

步骤c2：分别对△i_tb1，△i_tb2，…，△i_tbm进行s变换，提取各换流变压器一次侧电流故障分量模量的h次特征谐波分别为：△i_tb1^h，△i_tb2^h，…，△i_tbm^h；分别对△i_l1，△i_l2，…，△i_ln进行s变换，提取各交流线路近逆变站端电流故障分量模量的h次特征谐波分量分别为：△i_l1^h，△i_l2^h，…，△i_ln^h。

在本实施例中，特征谐波次数h取11。

步骤c3：计算换流变压器一次测电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值itb^h＝abs(△i_tb1^h+△i_tb2^h+…+△i_tbm^h)，计算交流线路近逆变站端电流故障分量模量的h次特征谐波分量总和的绝对值il^h＝abs(△i_l1^h+△i_l2^h+…+△i_ln^h)。

步骤c4：计算itb^h与il^h的比值

步骤d：逆变站区内外故障识别

判断λ>kset是否成立，若是，则判断发生的故障为逆变站区内故障，若否，则判断发生的故障为逆变站区外故障，其中kset为故障识别阈值。在本实施例中，故障识别阈值kset取为1.5。

仿真实验

基于pscad/emtdc平台中的国际大电网标准高压直流输电系统模型的逆变站区外搭建3条交流线路分别为l1、l2与l3。其中l1的长度为200km、l2的长度为80km、l3的长度为110km，国际大电网标准高压直流输电系统模型的逆变站区内有2台换流变压器分别为tb1与tb2。分别在模型上设置不同故障类型与不同故障位置的逆变站区内和区外故障，并利用以上步骤对故障进行识别，得到的仿真结果如表1所示。其中f1表示逆变站区内的直流侧高压端故障，f2-tb1与f2-tb2分别表示换流变压器tb1二次侧故障和换流变压器tb2二次侧故障，f3-l1与f3-l2分别表示逆变站区外的交流线路l1与交流线路l2上发生的故障；表1中的ag表示a相接地故障，ab表示a相和b相两相短路故障，abc表示a相、b相与c相三相短路故障；表1中的故障距离表示f3-l1或f3-l2距离逆变站换流母线m的距离；f1、f2-tb1、f2-tb2、f3-l1和f3-l2的过渡电阻均为60ω，f2-tb1、f2-tb2、f3-l1和f3-l2的故障初始角为30度。

表1仿真结果

根据表1中结果可知，在逆变站区内发生不同类型故障时，λ均大于1.5，此时判断发生的故障为逆变站区内故障；在逆变站区外交流线路上距离逆变站换流母线不同距离处发生不同类型故障时，λ均小于1.5，此时判断发生的故障为逆变站区外故障。因此可知，无论在逆变站区内还是逆变站区外发生故障，本发明均能够准确识别，与本发明所要实现的目的一致。