CN110361628B - 一种基于sod变换的mmc直流输电线路故障识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法，属于电力***继电保护技术领域。首先读取由量测端的高速采集装置获取的故障电压和故障电流数据；其次对所获取的电压和电流数据分别进行交叉顺序差分SOD变换得到Su(n)和Si(n)；最后将Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，取Sp(n)的最小值Spmin进行故障判断；当Spmin＞‑20时，判断为区外故障；当‑450＜Spmin＜‑20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜‑450时，判断为双极短路故障。本发明采用单端电压电流数据，然后对电压电流数据依次进行微分计算和SOD变换，进而识别单极接地故障，双极短路故障和区外故障，无需与对端信号通信，就能可靠、灵敏地识别故障。

Description

一种基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法
技术领域
本发明涉及一种基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法，属于电力***继电保护技术领域。
背景技术
MMC-HVDC是一种新型的直流输电技术，国内外工程经验尚浅，对其研究的时间较短。国内外学者对MMC-HVDC***拓扑结构及其运行原理进行相关研究，取得丰富成果，但相关研究主要集中于MMC-HVDC***基本原理及控制策略方面，对MMC-HVDC***故障特性分析，提出线路保护方法的研究不多。只有在少数的故障特性分析中，分析内容主要针对***直流侧线路故障为主。
在高电压的运行环境下一旦发生故障，输电***很可能受到过电压过电流输电冲击，破坏整个输电***。MMC-HVDC作为重要的输电装置，要求它需要长期可靠的运行，在发生故障的时候，不仅要保证***不受到损伤，还要迅速为故障的***提供恢复故障的支持，所以针对MMC-HVDC***的保护策略十分重要。
MMC-HVDC***以其优越性在电力***电力中得以应用，由于MMC换流器结构和运行方式与传统晶闸管换流器有所不同，MMC-HVDC***在线路两端无直流滤波器，传统直流输电线路以直流滤波器为边界的保护与定位方法在该***的适用性问题值得研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法，在全线长范围内和交流侧遍历不同的故障，利用电压和电流变化趋势的交叉顺序差分变换来区分故障类型，用以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法，首先读取由量测端的高速采集装置获取的故障电压和故障电流数据；其次对所获取的电压和电流数据分别进行交叉顺序差分SOD变换得到Su(n)和Si(n)；最后将Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，取Sp(n)的最小值Spmin进行故障判断；当Spmin＞-20时，判断为区外故障；当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障。
具体步骤为：
Step1：当输电***发生故障时，在测量点获取初始故障电压uM和故障电流iM；
Step2：截取2ms时窗内的故障电压和电流数据，对所获取的电压和电流数据分别进行4阶交叉顺序差分变换得到Su(n)和Si(n)；
Su(n)＝uM(n)-4×uM(n-1)+6×uM(n-2)-4×uM(n-3)+uM(n-4) (1)
Si(n)＝iM(n)-4×iM(n-1)+6×iM(n-2)-4×iM(n-3)+iM(n-4) (2)
式中，uM表示测量端的电压，iM表示测量端的电流，n表示的是采样点的个数；
Step3：将Step2中交叉顺序差分变换得到Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，并取Sp(n)的最小值；
Sp(n)＝Su(n)×Si(n) (3)
Step4：利用Sp(n)的最小值Spmin形成故障识别判据：
当Spmin＞-20时，判断为区外故障；
当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；
当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障。
本发明中采样率为10kHz。
本发明的原理是：由量测端的高速采集装置获取故障电压和故障电流，然后对电压和电流分别进行微分计算得到电压和电流变化趋势，由于根据电压和电流变化趋势不能明显地区分出故障类型，所以用SOD变换来放大故障特征，对电压和电流变化趋势分别进行交叉顺序差分变换，最后利用二者的乘积构成保护判别式，进而识别不同的故障类型。
本发明的有益效果是：
1、MMC直流输电线路保护采用单端电压电流数据，然后对电压电流数据依次进行微分计算和SOD变换，进而识别单极接地故障，双极短路故障和区外故障，无需与对端信号通信，就能可靠、灵敏地识别故障。
2、经过4阶交叉顺序差分变换后的电压和电流变化趋势理论上加强了变化程度，滤去了低频信号，有利于消除噪声，可以更好的区分区内和区外故障曲线。
3、本发明取的时窗是2ms，速动性较好，有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中MMC直流输电***结构图；
图2是本发明实施例1中在线路全长遍历正极接地故障时，取每种故障距离情况下的Sp(n)的最小值Spmin组成的波形图；
图3是本发明实施例2中在线路全长遍历双极短路故障时，取每种故障距离情况下的Sp(n)的最小值Spmin组成的波形图；
图4是本发明实施例3中整流站交流侧故障时，取每种故障类型情况下的Sp(n)的最小值Spmin的柱状图；
图5是本发明实施例4中逆变站交流侧故障时，取每种故障类型情况下的Sp(n)的最小值Spmin的柱状图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：建立如附图1所示的MMC高压直流输电***作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流***的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，M为量测端。
(1)故障位置：正极接地故障f1，距离测量端160km；故障开始时刻为0.4s；采样频率为10kHz。
(2)根据说明书中的第一步在测量点获取故障电压和电流数据。
(3)根据说明书中的第二步取2ms时窗内的故障电压和电流数据，并对电压和电流分别进行SOD变换得到Su(n)和Si(n)。
(4)根据说明书第三步中将交叉顺序差分变换得到的Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，并取Sp(n)的最小值。
(5)根据保护判据，当Spmin＞-20时，判断为区外故障；当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障，在本例中，Spmin＝-152.5371，因此判断为正极接地故障。
实施例2：建立如附图1所示的MMC高压直流输电***作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流***的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，M为量测端。
(1)故障位置：双极短路故障f2，距离测量端160km；故障开始时刻为0.4s；采样频率为10kHz。
(2)根据说明书中的第一步在测量点获取故障电压和电流数据。
(3)根据说明书中的第二步取2ms时窗内的故障电压和电流数据，并对电压和电流分别进行SOD变换得到Su(n)和Si(n)。
(4)根据说明书第三步中将交叉顺序差分变换得到的Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，并取Sp(n)的最小值。
(5)根据保护判据，当Spmin＞-20时，判断为区外故障；当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障，在本例中，Spmin＝-882.3616，因此判断为双极短路故障。
实施例3：建立如附图1所示的MMC高压直流输电***作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流***的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，M为量测端。
(1)故障位置：整流站交流侧三相短路故障f3；故障开始时刻为0.4s；采样频率为10kHz。
(2)根据说明书中的第一步在测量点获取故障电压和电流数据。
(3)根据说明书中的第二步取2ms时窗内的故障电压和电流数据，并对电压和电流分别进行SOD变换得到Su(n)和Si(n)。
(4)根据说明书第三步中将交叉顺序差分变换得到的Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，并取Sp(n)的最小值。
(5)根据保护判据，当Spmin＞-20时，判断为区外故障；当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障，在本例中，Spmin＝-0.0955，因此判断为区外故障。
实施例4：建立如附图1所示的MMC高压直流输电***作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流***的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，M为量测端。
(1)故障位置：逆变站交流侧三相短路故障f4；故障开始时刻为0.4s；采样频率为10kHz。
(2)根据说明书中的第一步在测量点获取故障电压和电流数据。
(3)根据说明书中的第二步取2ms时窗内的故障电压和电流数据，并对电压和电流分别进行SOD变换得到Su(n)和Si(n)。
(4)根据说明书第三步中将交叉顺序差分变换得到的Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，并取Sp(n)的最小值。
(5)根据保护判据，当Spmin＞-20时，判断为区外故障；当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障，在本例中，Spmin＝-0.0193，因此判断为区外故障。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法，其特征在于：首先读取由量测端的高速采集装置获取的故障电压和故障电流数据；其次对所获取的电压和电流数据分别进行交叉顺序差分SOD变换得到Su(n)和Si(n)；最后将Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，取Sp(n)的最小值Spmin进行故障判断；当Spmin＞-20时，判断为区外故障；当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障。
2.根据权利要求1所述的基于SOD变换的MMC直流输电线路故障识别方法，其特征在于具体步骤为：
Step1：当输电***发生故障时，在测量点获取初始故障电压uM和故障电流iM；
Step2：截取2ms时窗内的故障电压和电流数据，对所获取的电压和电流数据分别进行4阶交叉顺序差分变换得到Su(n)和Si(n)；
Su(n)＝uM(n)-4×uM(n-1)+6×uM(n-2)-4×uM(n-3)+uM(n-4) (1)
Si(n)＝iM(n)-4×iM(n-1)+6×iM(n-2)-4×iM(n-3)+iM(n-4) (2)
式中，uM表示测量端的电压，iM表示测量端的电流，n表示的是采样点的个数；
Step3：将Step2中交叉顺序差分变换得到Su(n)和Si(n)相乘得到Sp(n)，并取Sp(n)的最小值；
Sp(n)＝Su(n)×Si(n) (3)
Step4：利用Sp(n)的最小值Spmin形成故障识别判据：
当Spmin＞-20时，判断为区外故障；
当-450＜Spmin＜-20时，判断为正极接地故障；
当Spmin＜-450时，判断为双极短路故障。
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