CN104280644A - 一种直流输电工程典型暂态故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）提取故障录波仪的数据信号，进行故障极判别；（2）提取故障极的直流侧电压、电流信号，对波形进行特征量提取，按照提前建立的故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型；（3）按照提前建立的故障波形样本库中存储的波形数据时间间隔，对故障极的录波波形从故障起始时刻处进行抽样，依次将抽样值与故障波形样本库中与初步故障类型对应的波形数据进行匹配，求取波形相似系数，将相似度最高的故障类型作为最终识别的结果。提高故障的排查效率，保证直流输电***的安全稳定运行。

Description

一种直流输电工程典型暂态故障识别方法

技术领域

本发明涉及一种直流输电工程典型暂态故障识别方法。

背景技术

高压直流输电(HVDC)，是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。高压直流输电在远距离大容量输电方面的优势使得其在我国受到广泛的应用。由于高压直流输电***换流站设备种类繁多、主回路和控制保护***结构复杂，易因设备绝缘承受过电压的威胁而导致直流***故障或停运，严重威胁区域电网的安全运行。

造成换流站设备过电压的原因可分为三种，即换流站交流侧故障、阀区故障与换流站直流侧故障，其中，由于交流侧故障特征明显，容易通过交流侧电压的变化进行故障类型的识别。而对于全压启动、接地极线开路、金属回线开路、逆变侧闭锁而旁通对未解锁、高电位YY换流变阀侧单相接地短路等由于控制保护失灵或短路、开路造成的阀区与换流站直流侧故障，其故障特性复杂，难以对其进行直接判别。

目前高压直流输电工程一般采用故障录波仪的极线(直流的正负极)电压电流进行故障的识别，而故障录波仪记录了故障后一次侧与二次侧多处的模拟量与数字量波形，进行故障排查时需要做大量的分析工作，运算量大，导致故障的排查效率低下。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，充分利用故障录波仪记录的数据，结合典型暂态故障的特征，形成故障识别算法，提高故障的排查效率，保证直流输电***的安全稳定运行。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)提取故障录波仪的数据信号，进行故障极判别；

(2)提取故障极的直流侧电压、电流信号，对波形进行特征量提取，按照提前建立的故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型；

(3)按照提前建立的故障波形样本库中存储的波形数据时间间隔，对故障极的录波波形从故障起始时刻处进行抽样，依次将抽样值与故障波形样本库中与初步故障类型对应的波形数据进行匹配，求取波形相似系数，将相似度最高的故障类型作为最终识别的结果。

优选，各个步骤具体如下：

步骤(1)具体包括如下步骤：

步骤101：提取故障录波仪输出的正极线与负极线的数据信号；

步骤102：判别发生了移相闭锁或者重启动动作的极为故障极。

步骤(2)具体包括如下步骤：

步骤201：对故障极直流电压与直流电流的斜率变化进行判断，获得故障时刻；

步骤202：采用FFT变换处理极线的电压数据；

步骤203：分析故障瞬间各直流电压与直流电流的变化趋势；

步骤204：分析故障后直流电压与直流电流的整体变化趋势；

步骤205：根据步骤202至步骤204的处理结果，与故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型。

步骤(3)中，求取波形相似系数ρ_xy的公式如下：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{\ΣX}\left(n\right)Y\left(n\right)}{\sqrt{\mathrm{\Σ}{X}^2\left(n\right)\mathrm{\Σ}{Y}^2\left(n\right)}}$

式中，X(n)为样本波形数据，Y(n)为录波采样数据；

对各波形的相关系数求平均，平均相关系数最大的故障类型即为最终识别的结果。

本方法充分利用故障录波仪记录的数据，利用典型暂态故障的特征以及与故障波形样本库的样本波形的波形匹配快速识别故障，大大提高直流输电工程的故障排查效率，算法实现简单。

本发明的有益效果是：充分利用故障录波仪记录的数据，结合典型暂态故障的特征，形成故障识别算法，提高故障的排查效率，保证直流输电***的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明一种直流输电工程典型暂态故障识别方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下面以国内直流输电工程常用的ABB公司的故障录波仪的故障录波数据为例，详细介绍直流输电工程典型过电压暂态故障(具体包括：全压启动、单极大地回线运行方式下整流侧接地极线开路、单极大地回线运行方式下逆变侧接地极线开路、金属回线开路、整流侧高端YY换流变阀侧单相接地短路故障、逆变侧高端YY换流变阀侧单相接地短路故障、逆变侧闭锁而旁通对未解锁、线路接地短路)的识别方法，具体包括如下步骤，如图1所示：

(1)提取故障录波仪的数据信号，进行故障极判别：

故障录波仪的输出包含正极与负极的数据信号，提取故障录波仪的极线直流电压与直流电流信号。

对于造成换流站过电压的典型暂态故障，高压直流输电发生故障后保护动作于移相闭锁或者重启动故障极，通过直流电压与直流电流判别发生了以上动作的极为故障极。

(2)典型暂态故障初步识别：

提取故障极的极线直流电压(UDL)、极线直流电流(IDL)、中性母线电压(UDN)、中性母线电流(IDNC)、入地电流(IDNE)信号，对极线直流电压波形进行斜率变化分析、FFT分析，分析以上各参量在故障瞬间以及故障后的变化趋势，形成录波数据的特征量列表，按照提前建立的故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型，实现对故障类型的筛选，该次识别结果可能不唯一。

其中，本方法需要提前建立一个大的故障数据库，具体包括包含各个典型故障的特征的故障特征量库和包含各个典型故障的波形的故障波形样本库，故障特征量库可通过机理及仿真研究建立，而故障波形样本库则可以通过RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪)仿真、考虑实际控制保护特性的电磁暂态仿真或者实际故障录波数据建立。

优选，步骤(2)具体包括如下步骤：

步骤201：对故障极直流电压与直流电流的斜率变化进行判断，获得故障时刻；

步骤202：采用FFT变换处理极线的电压数据，即UDL数据；

步骤203：分析故障瞬间各直流电压与直流电流的变化趋势，即分析故障瞬间UDL、IDL、UDN、IDNC、IDNE的变化趋势；

步骤204：分析故障后直流电压与直流电流的整体变化趋势，即分析整个录波时间段内UDL、IDL、UDN、IDNC、IDNE的整体变化趋势；

步骤205：根据步骤202至步骤204的处理结果，与故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型。

判断初步故障类型的算法如下：

1)若录波数据中的中性母线电流在整个分析时段内小于0.1p.u.，即IDNC<0.1p.u.，则为全压启动故障；

2)若极线直流电压中含有50HZ分量，即UDL的频谱有50HZ分量，并且故障瞬间逆变侧极线电压上升、极线电流以及中性母线电流都下降，则为逆变侧闭锁而旁通对未解锁故障；

3)若故障瞬间逆变侧极线电压、极线电流以及中性母线电流都下降，即逆变侧UDL、IDL、IDNC下降，则为单极大地回线运行方式下整流侧接地极线开路故障、整流侧高端YY换流变阀侧单相接地短路故障或金属回线开路故障；

4)若逆变侧接地极线电流在1ms之内下降为0，即IDNE＝0，则为单极大地回线运行方式下的逆变侧接地极线开路故障；

5)若中性母线电流在1ms之内下降为0，即IDNC＝0，则为逆变侧高电位YY换流变阀侧单相接地短路故障；

6)若直流极线电压、电流下降至小于0.1p.u.，即UDL与IDL下降为小于0.1p.u.，且一段时间后又重新上升或重启动，则为线路接地短路故障。

(3)通过波形匹配获得最终识别类型：

按照提前建立的故障波形样本库中存储的波形数据时间间隔，对故障极的录波波形从故障起始时刻处进行抽样，总时间长度与存储的样本波形的持续时间长度保持一致，依次将抽样值与故障波形样本库中与初步故障类型对应的波形数据进行匹配，可根据下面公式进行波形相似系数ρ_xy的求取，

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{\&Sigma;X}\left(n\right)Y\left(n\right)}{\sqrt{\mathrm{\&Sigma;}{X}^2\left(n\right)\mathrm{\&Sigma;}{Y}^2\left(n\right)}}$

式中，X(n)为样本波形数据，Y(n)为录波采样数据。

对各波形的相关系数求平均，平均相关系数最大的故障类型即为最终识别的结果，即将相似度最高的故障类型作为最终识别的故障类型。

相比于以往只采样直流极线的电压、电流，通过复杂的时频分析进行故障识别方法，本识别方法充分利用了故障本身的特征，通过反映故障拓扑信息的故障特征对故障进行初步定位。充分利用故障录波仪已有的数据，对故障波形进行波形匹配，算法实现简单，提高故障识别准确度，并且在通过故障特征进行了故障类型初步筛选的情况下，识别效果显著，提高故障的排查效率，保证直流输电***的安全稳定运行。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)提取故障录波仪的数据信号，进行故障极判别； 

(2)提取故障极的直流侧电压、电流信号，对波形进行特征量提取，按照提前建立的故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型； 

(3)按照提前建立的故障波形样本库中存储的波形数据时间间隔，对故障极的录波波形从故障起始时刻处进行抽样，依次将抽样值与故障波形样本库中与初步故障类型对应的波形数据进行匹配，求取波形相似系数，将相似度最高的故障类型作为最终识别的结果。 

2.根据权利要求1所述的一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，步骤(2)具体包括如下步骤： 

步骤201：对故障极直流电压与直流电流的斜率变化进行判断，获得故障时刻； 

步骤202：采用FFT变换处理极线的电压数据； 

步骤203：分析故障瞬间各直流电压与直流电流的变化趋势； 

步骤204：分析故障后直流电压与直流电流的整体变化趋势； 

步骤205：根据步骤202至步骤204的处理结果，与故障特征量库进行特征量匹配，获得至少一个初步故障类型。 

3.根据权利要求2所述的一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，判断初步故障类型的算法如下： 

1)若录波数据中的中性母线电流在整个分析时段内小于0.1p.u.，则为全压启动故障； 

2)若极线直流电压中含有50HZ分量，并且故障瞬间逆变侧极线电压上升、极线电流以及中性母线电流都下降，则为逆变侧闭锁而旁通对未解锁故障； 

3)若逆变侧极线与中性线的电压、电流以及接地极线的电流都下降，则为单极大地回线运行方式下整流侧接地极线开路故障、整流侧高端YY换流变阀侧单相接地短路故障或金属回线开路故障； 

4)若逆变侧接地极线电流在故障后1ms内下降为0，则为单极大地回线运行方式下逆变侧接地极线开路故障； 

5)若中性母线电流在故障后1ms之内下降为0，则为逆变侧高电位YY换流变阀侧单相接地短路故障； 

6)若直流极线电压电流下降至小于0.1p.u.,且一段时间后又重新上升或重启动，则为线路接地短路故障。 

4.根据权利要求1所述的一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，步骤(3)中，求取波形相似系数ρ_xy的公式如下： 

式中，X(n)为样本波形数据，Y(n)为录波采样数据； 

对各波形的相关系数求平均，平均相关系数最大的故障类型即为最终识别的结果。 

5.根据权利要求1所述的一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，步骤(1)具体包括如下步骤： 

步骤101：提取故障录波仪输出的正极线与负极线的数据信号； 

步骤102：判别发生了移相闭锁或者重启动动作的极为故障极。 

6.根据权利要求1‐5任意一项所述的一种直流输电工程典型暂态故障识别方法，其特征在于，通过RTDS仿真、考虑实际控制保护特性的电磁暂态仿真或者实际故障录波数据建立故障波形样本库。