一种柔性直流换流站故障自动诊断方法和系统与流程

1.本发明涉及柔性直流换流站故障诊断的技术领域，尤其涉及到一种柔性直流换流站故障自动诊断方法和系统。


背景技术：

2.目前柔直换流站站内故障定位主要依靠专业班组人员对故障信息进行收集、分析。直流系统故障类型众多，运行方式复杂，在电网发生故障时，大量的告警事件蜂拥而至，需要在海量数据中获取最重要的信息。高度依赖专业班组人员技术水平，运维难度大，故障定位效率低。目前直流系统的故障波形分析无法通过技术手段自动实现故障的收集、筛选、整理和分析，因此为班组人员带来很大的工作强度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种柔性直流换流站故障自动诊断方法。
4.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种柔性直流换流站故障自动诊断方法，包括：
5.收集柔性直流换流站故障跳闸时监控后台ser报文，并提取出关键保护动作信息；
6.收集柔性直流换流站故障跳闸时柔性直流换流站内设装置的动作时刻波形，该动作时刻波形包括柔性直流换流站所需各区域的电气量和开关量信息；
7.分析柔性直流换流站运行状态、故障类型、故障位置与关键保护动作信息中的保护动作名称的对应关系，建立直流保护故障数据库；
8.按照直流保护故障数据库，采用保护动作名称初步筛选出所有可能发生故障的区域和类型；
9.根据故障位置和故障类型筛选出用来分析的电气量；
10.建立柔性直流换流站各区域不同类型故障的波形特征库；
11.对筛选出的电气量进行分析，与波形特征库里设置的故障特征进行比较，满足设置的所有故障特征时，输出故障位置和故障类型；
12.根据动作时刻波形故障前后的电气量和开关量信息，自动生成故障前后的运行状态比对图，同时根据判断出的故障位置和故障类型信息，按照模板自动生成分析报告。
13.进一步地，收集柔性直流换流站故障跳闸时监控后台ser报文后，对提取出的关键保护动作信息作时间顺序排列。
14.进一步地，收集柔性直流换流站故障跳闸时直流故障录波装置、直流控制保护装置以及阀控装置的动作时刻波形。
15.进一步地，建立的直流保护故障数据库包括不同柔性直流换流站的运行状态、不同故障区域下各故障类型与保护动作名称的对应关系。
16.进一步地，根据故障位置和故障类型筛选出用来分析的电气量具体包括：
17.通过理论分析、rtds实时仿真试验或pscad离线仿真试验分析在位置发生类型故障时，各电气量的可能的变化情况；将变化最明显、最能反映故障位置和类型的电气量挑选出来。
18.进一步地，建立各区域不同类型故障的波形特征库具体包括：
19.通过理论分析、rtds实时仿真试验或pscad离线仿真试验，结合具体的交直流保护配置情况，分析各区域各类型的故障特征，并对对应的电气量的变化情况进行数学表达，电气量的记录情况和数学表达即为建立的波形特征；对各个位置各种类型的故障都建立相应的波形特征，将大量的不同位置和类型的波形特征数据归并到放在一个空间进行储存或记录，形成波形特征库。
20.进一步地，自动生成的故障前后的运行状态包括开关刀闸连接状态、运行方式、功率、电压以及电流。
21.为实现上述目的，本发明另外提供一种柔性直流换流站故障自动诊断系统，包括：
22.信息收集模块，用于收集监控后台ser报文以及柔性直流换流站内设装置的动作时刻波形；
23.信息提取模块，用于从监控后台ser报文中提取关键保护动作信息；
24.直流保护故障数据库建立模块，用于建立直流保护故障数据库；
25.初步筛选模块，采用保护动作名称从直流保护故障数据库中初步筛选出所有可能发生故障的区域和类型；
26.电气量筛选模块，用于根据故障位置和故障类型筛选出用来分析的电气量；
27.波形特征库建立模块，用于建立柔性直流换流站各区域不同类型故障的波形特征库；
28.分析模块，用于对筛选出的电气量进行分析，与波形特征库里设置的故障特征进行比较，满足设置的所有故障特征时，输出故障位置和故障类型；
29.比对模块，用于根据动作时刻波形故障前后的电气量和开关量信息，自动生成故障前后的运行状态比对图；
30.分析报告生成模块，用于根据判断出的故障位置和故障类型信息，按照模板自动生成分析报告。
31.实施本发明的有益效果在于：
32.在柔直换流站站内发生故障导致系统报警或跳闸时，通过收集监控后台ser报文、故障波形，并对故障波形自动进行分析，得出故障位置和故障类型信息，实现直流故障的快速分析、定位和辅助决策，为继保专业人员、运行人员和调度人员提供有效的技术支撑，进一步提高柔性直流换流站故障判断及处置的及时性、准确性和可靠性。
附图说明
33.图1为本发明一种柔性直流换流站故障自动诊断方法的原理流程图；
34.图2为中通道柔直换流站的示意图；
35.图3为筛选出用来分析的电气量的示意图；
36.图4为本发明一种柔性直流换流站故障自动诊断系统的连接框图。
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
38.如图1所示，本实施例提供了一种柔性直流换流站故障自动诊断方法，包括以下步骤：
39.s1、收集柔性直流换流站故障跳闸时监控后台ser报文，并提取出关键保护动作信息，该关键保护动作信息提取后作时间顺序排列；
40.s2、收集柔性直流换流站故障跳闸时直流故障录波装置、直流控制保护装置以及阀控装置的动作时刻波形，该动作时刻波形包括柔性直流换流站所需各区域的电气量和开关量信息；
41.s3、分析柔性直流换流站运行状态、故障类型、故障位置与关键保护动作信息中的保护动作名称的对应关系，建立直流保护故障数据库；
42.s4、按照直流保护故障数据库，采用保护动作名称初步筛选出所有可能发生故障的区域和类型；
43.s5、根据故障位置和故障类型筛选出用来分析的电气量；
44.s6、建立柔性直流换流站各区域不同类型故障的波形特征库；
45.s7、对筛选出的电气量进行分析，与波形特征库里设置的故障特征进行比较，满足设置的所有故障特征时，输出故障位置和故障类型；
46.s8、根据动作时刻波形故障前后的电气量和开关量信息，自动生成故障前后的运行状态比对图，同时根据判断出的故障位置和故障类型信息，按照模板自动生成分析报告。其中，自动生成的故障前后的运行状态包括开关刀闸连接状态、运行方式、功率、电压以及电流。
47.为了证明本实施例所述方法的有效性，下面以中通道柔性直流换流站为例来说明该方法的实现过程：
48.(1)首先按照可能发生的故障区域对换流站各区域故障位置进行编号，如图2中f3～f14，分别表示不同位置的接地故障或断线故障，当柔性直流换流站站内发生短路、接地、断线等各类型故障时，监控后台ser报文将报出保护动作信息。
49.(2)从保护动作报文中，挑选出关键信息，主要是保护动作名称，比如从大量的ser报文里挑选出“xxxx保护动作”等信息。
50.(3)收集柔性直流换流站故障跳闸时直流故障录波装置、直流控制保护装置以及阀控装置的动作时刻波形，该动作时刻波形包括柔性直流换流站所需各区域的电气量和开关量信息；
51.(4)分析柔性直流换流站运行状态、故障类型、故障位置与关键保护动作信息中的保护动作名称的对应关系，建立直流保护故障数据库；比如hvdc运行时，发生“站内接地过流保护动作”时，分析可能发生的故障位置和故障类型是：f3单相接地、f5单相接地、f7单相接地、f8单相接地、f10接地、f11接地、f12接地故障；
52.(5)按照直流保护故障数据库，采用保护动作名称初步筛选出所有可能发生故障的区域和类型；
53.(6)根据故障位置和故障类型筛选出用来分析的电气量；比如f3单相接地故障，挑选阀侧电压uvc、站内接地电流iacz、阀侧电流ivc、换流变侧电流ivt、直流正极线电压udp、
直流负极线电压udn作为分析的模拟量；挑选换流阀解闭锁状态、站内接地过流保护动作状态、网侧开关分合状态、阀侧开关分合状态作为分析的数字量；如图3所示自动挑选出用来分析的电气量；
54.(7)建立柔性直流换流站各区域不同类型故障的波形特征库；
55.建立各区域不同类型故障的波形特征库具体包括：
56.通过理论分析、rtds实时仿真试验或pscad离线仿真试验，结合具体的交直流保护配置情况，分析各区域各类型的故障特征，并对对应的电气量的变化情况进行数学表达，电气量的记录情况和数学表达即为建立的波形特征；对各个位置各种类型的故障都建立相应的波形特征，将大量的不同位置和类型的波形特征数据归并到放在一个空间进行储存或记录，形成波形特征库。
57.(8)对筛选出的电气量进行分析，与波形特征库里设置的f3故障特征进行比较，满足f3故障特征，则定位为f3故障；若不满足f3故障特征，则按照f5故障来挑选电气量，与设置的f5故障特征进行比较，满足f5故障特征，则定位为f5故障；若不满足，则继续下一步，按照f7故障来来挑选电气量，直到找到故障位置为止；
58.f3单相接地故障特征为：
59.a、故障后阀侧电压uv故障a相为0，非故障相电压幅值上升为线电压幅值。
60.b、ivc与ivt之间发生接地故障，中间会有差流，即ivc和ivt之和不为0，由于阀侧中性点接地电阻(5kω)的存在，差流很小，故障特征并不明显。
61.c、换流变阀侧中性点电流iacz出现正弦波动，最大幅值为阀侧相电压幅值/中性点阻抗。
62.d、极对地电压出现波动，波动受阀侧电压影响。受极对地电压波动的影响，故障期间不平衡电压也相应升高。
63.e、双侧阀侧中性点电流有效值iacz_rms超20a后10ms，站内接地过流保护(76sg)动作。
64.f、换流阀已经闭锁，网侧和阀侧开关尚未分开时，由于故障点在ivt与ivc之间，ivc由于没有故障回路变为0，ivt可以由交流侧注入故障电流，ivt不为0。
65.(9)若所有可能性查找完，仍未找到故障位置，则按可能性最大的故障位置输出结果。故障可能性按照满足的故障特征数目进行排序，满足的故障特征越多，可能性越大。
66.(10)解析故障波形，通过读取故障前后的系统运行状态，包括开关刀闸连接状态，系统运行方式，功率水平等，将其进行可视化展示，实现故障前后的运行状态对比，实现故障回溯功能。
67.(11)按照模板自动生成故障简报，展示故障波形和关键ser报文。
68.上述故障区域可分为交流保护区、换流变保护区、交流连接线保护区、换流器保护区和直流极保护区；柔性直流换流站的运行方式分为充电期间和运行期间。
69.另外，本实施例还公开了一种用于实现上述方法的柔性直流换流站故障自动诊断系统，如图4所示，该系统包括：
70.信息收集模块，用于收集监控后台ser报文以及柔性直流换流站内设装置的动作时刻波形；
71.信息提取模块，用于从监控后台ser报文中提取关键保护动作信息；
72.直流保护故障数据库建立模块，用于建立直流保护故障数据库；
73.初步筛选模块，采用保护动作名称从直流保护故障数据库中初步筛选出所有可能发生故障的区域和类型；
74.电气量筛选模块，用于根据故障位置和故障类型筛选出用来分析的电气量；
75.波形特征库建立模块，用于建立柔性直流换流站各区域不同类型故障的波形特征库；
76.分析模块，用于对筛选出的电气量进行分析，与波形特征库里设置的故障特征进行比较，满足设置的所有故障特征时，输出故障位置和故障类型；
77.比对模块，用于根据动作时刻波形故障前后的电气量和开关量信息，自动生成故障前后的运行状态比对图；
78.分析报告生成模块，用于根据判断出的故障位置和故障类型信息，按照模板自动生成分析报告。
79.本实施例在柔直换流站站内发生故障导致系统报警或跳闸时，通过收集监控后台ser报文、故障波形，并对故障波形自动进行分析，得出故障位置和故障类型信息，实现直流故障的快速分析、定位和辅助决策，为继保专业人员、运行人员和调度人员提供有效的技术支撑，进一步提高柔性直流换流站故障判断及处置的及时性、准确性和可靠性。
80.以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。