一种混合多端直流输电系统故障性质识别方法及系统

本发明属于混合多端直流输电线路保护领域，特别涉及一种混合多端直流输电系统故障性质识别方法及系统。

背景技术：

1、混合多端直流输电系统由于不存在换相失败的风险、具有足够的技术经济性，可以保证大容量、长距离的输电，成为直流输电工程的一个发展方向。然而，混合多端直流输电系统的重合/重启策略仍然遵循高压直流系统的传统重合闸方案。传统高压直流系统重合闸方案在混合多端直流输电系统中应用时存在盲目重合闸造成永久性故障的问题，可能对系统造成损害，对混合多端直流系统恢复阶段的供电可靠性造成影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合多端直流输电系统故障性质识别方法及系统，以提高混合多端直流输电系统恢复阶段的供电可靠性。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种混合多端直流输电系统故障性质识别方法，包括：

4、线路发生故障后，在混合多端直流线路保护安装处实时采集电流信号；

5、对lcc进行移相，将触发角增加到90°以上，经过固定延时后，lcc从故障限流控制策略切换到信号注入策略；

6、比较lcc信号注入后电流信号计算值与测量值之间的差异，判别永久性故障和瞬时性故障；

7、对永久性故障下的故障方程进行求解，进行故障定位。

8、可选的，对lcc进行移相，将触发角增加到90°以上，经过固定延时后，lcc从故障限流控制策略切换到信号注入策略：

9、正常工作时lcc采用定电流控制，表示为

10、α＝π-[kp(idcn-idc)+ki∫(idcn-idc)dt)]   (1)

11、当直流线路故障后，lcc侧触发故障限流策略，将故障电流限制为0；此时，将触发角度α设置为2.1rad，如下式所示：

12、α＝αset＝2.1 rad   (2)

13、经过固定延时后进入系统恢复阶段，在系统恢复阶段，lcc从故障限流控制策略切换到信号注入策略，注入信号如下式所示：

14、

15、式中，a为电流额定值的0.2倍，注入信号频率为20hz，即ω为40π，注入信号长度为50ms。

16、可选的，比较lcc信号注入后分布参数模型下本端到对端电流信号计算值与对端采集的电流信号即测量值之间的差异：

17、瞬时性故障下本端到对端的计算值与对端测量值相等，分布参数等效图如附图4所示，计算值与测量值如下式所示：

18、

19、永久性故障下本端到对端的计算值与对端测量值不相等，分布参数等效图如附图5所示，对端测量值如下式所示：

20、

21、

22、由于故障支路信息未知，故无法直接得到永久性故障下的计算值，但瞬时性故障下计算值已知，故可比较永久性故障下的测量值与瞬时值故障下的计算值，如下式所示：

23、

24、可知永久性故障下计算值与瞬时值存在明显差异。

25、故障时离散化形式下的cv如下式所示：

26、i'r＝{i'r1,i'r2,i'ri,...,i'rm}   (8)

27、式中m是i′r的数据离散点总数；i为i′r中任意采样点，i的取值包括1,2,…,m。

28、考虑数据丢失下的mv如下式所示：

29、ir＝{ir1,ir2,irj,...,irn}   (9)

30、其中n为ir的数据采样点总数；j为ir中任意采样点，j的取值包括1,2,…,m；

31、将序列i′r和序列ir构造为矩阵d如下式所示：

32、

33、两个序列之间的欧氏距离如下式所示：

34、

35、在矩阵d中找出一条最优路径求解两个序列之间的dtw，求解最优路径p的递归公式表示为：

36、

37、式中γ是每一步求解的累积最佳距离。

38、可选的，求解最优路径p得到dtw距离如下式所示：

39、

40、永久性故障判据如下：

41、dtwper>kdtw(i'ri,irj)tem   (14)

42、式中k是可靠系数；k选为1.2，dtw(i′r.,ir.)tem表示瞬时故障下计算的dtw距离；两次判别满足式(14)则判别为永久性故障，进一步计算故障距离，否则判别为瞬时性故障。

43、可选的，最优路径p满足以下两个约束条件：

44、(1)路径p需要从d(1,1)到d(m,n)进行搜索。

45、(2)结合式(8)，从d(i，j)搜索到d(i+1，j)、d(i，j+1)、d(i+1，j+1)。

46、可选的，对永久性故障下的故障方程进行求解，进行故障定位：

47、利用trr算法，对永久性故障下的故障定位，步骤具体为：

48、列写永久性故障下的故障方程，如下式所示：

49、

50、式中rf和x为未知数，列写出式(15)的实部和虚部，如下式所示，结合方程求解故障距离：

51、

52、此外，考虑在金属接地故障的情况下，rf为0。式(16)中分母rf趋于无穷，(16)的迭代解可能存在误差。因此对式(16)进行如下优化。

53、

54、利用trr算法求解式(17)得到故障距离。

55、可选的，利用trr算法求解式(12)得到故障距离具体步骤如下：

56、(1)将上述所得故障方程未知数的初始值设置为[0,0]；

57、(2)使用trr迭代求解非线性方程；

58、(3)判断结果是否收敛，若结果收敛则输出结果，结果即为故障距离，若结果不收敛则改变初始值重新计算，直至结果收敛，输出故障距离。

59、第二方面，本发明提供一种混合多端直流输电系统故障性质识别系统，包括：

60、数据采集模块，用于线路发生故障后，在混合多端直流线路保护安装处实时采集电流信号；

61、故障性质判别模块，对lcc进行移相，将触发角增加到90°以上，经过固定延时后，lcc从故障限流控制策略切换到信号注入策略；

62、比较lcc信号注入后分布参数模型下本端到对端电流信号计算值与对端采集的电流信号即测量值之间的差异，判别永久性故障和瞬时性故障；

63、故障定位模块，用于对永久性故障下的故障方程进行求解，进行故障定位。

64、第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种混合多端直流输电系统故障性质识别方法的步骤。

65、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种混合多端直流输电系统故障性质识别方法的步骤。

66、与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

67、本发明利用dtw算法表示lcc信号注入后分布参数模型下本端到对端电流信号计算值与对端采集的电流信号即测量值之间的差异，实现故障性质识别，通过trr算法求解方程实现故障定位。所提方案具有较强的抗过渡电阻和噪声干扰能力，充分考虑了采样率和数据丢失的影响，可应用于lcc高压直流长距离输电线路，能有效实现故障属性识别和故障定位，解决传统高压直流系统重合闸方案在混合多端直流输电系统中应用时存在盲目重合闸造成永久性故障的问题。

68、该方案可用于具有lcc的高压直流输电系统，如传统的lcc-hvdc、lcc-mmc-hvdc以及混合多端高压直流输电系统。该方法受故障阻抗、采样间隔、缺失数据、噪声等因素的影响较小。