一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法；通過在高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器的支路中串入電流互感器，利用測量得到的電流，結(jié)合已知的直流側(cè)濾波器的各元件參數(shù)或頻率-阻抗特性，即可通過計算辨識出高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生失諧濾波器的失諧元件。本發(fā)明僅需在傳統(tǒng)直流側(cè)濾波器的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單改造即可，實現(xiàn)了濾波器失諧的在線辨識，提高了高壓直流輸電系統(tǒng)的運行可靠性和安全性。本發(fā)明在高壓直流輸電系統(tǒng)濾波器的運行維護(hù)場合具有很高的應(yīng)用價值和市場推廣前景。
【專利說明】一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法。
技術(shù)背景
[0002]直流輸電系統(tǒng)具有線路造價低、適合遠(yuǎn)距離輸電、無系統(tǒng)穩(wěn)定問題、調(diào)節(jié)快速、運行可靠等優(yōu)點，越來越多地被應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電和交流系統(tǒng)互聯(lián)的場合。但由于直流輸電系統(tǒng)中使用的由電力電子器件構(gòu)成的換流站會產(chǎn)生大量的諧波，對整個直流輸電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波危害，故需在高壓直流側(cè)添加直流濾波器來進(jìn)行濾波。在高壓直流系統(tǒng)運行過程中，由于環(huán)境溫度的變化，自身的發(fā)熱和老化等原因，濾波器的電容和電感等元件的參數(shù)均會發(fā)生微小的變化，使得直流濾波器的實際諧振頻率和諧波阻抗值偏離設(shè)定值，導(dǎo)致濾波器失諧。濾波器失諧后，將影響了直流側(cè)的濾波器效果，附加在直流電壓上的諧波將會周邊通信設(shè)備產(chǎn)生干擾，并對換流器的控制穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
[0003]對交流濾波器失諧的檢測，可以通過檢測交流濾波器電流的零序分量來實現(xiàn)，而在直流側(cè)目前則尚無一種較好的辨識方法。有的研究提出基于粗糙集的三調(diào)諧直流濾波器失諧故障元件的檢測方法，對直流側(cè)失諧故障元件進(jìn)行了辨識，但該方法對不同的濾波器需設(shè)置不同的辨識規(guī)則，且辨識規(guī)則的設(shè)定繁瑣，普遍適用性較差。
[0004]因此，如果能對目前高壓直流輸電系統(tǒng)中廣泛使用的直流側(cè)濾波器進(jìn)行簡單改造，設(shè)計出直流側(cè)濾波器失諧在在線辨識方法，能夠在進(jìn)行諧波濾除的同時對濾波器失諧的元件進(jìn)行辨識，將具有很大的實用價值和市場推廣前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法，用于提供性價比較高的高壓直流側(cè)濾波器失諧元件辨識方法。本發(fā)明在傳統(tǒng)直流側(cè)濾波器的各支路中串入電流互感器，對測量得到的電流進(jìn)行傅里葉分解，得到各次諧波電流，對特定次的諧波電流進(jìn)行分析，即可辨識出濾波器的具體失諧元件。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法，在高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器的支路中串入電流互感器，利用測量得到的電流，結(jié)合已知的直流側(cè)濾波器的各元件參數(shù)或頻率-阻抗特性，通過計算辨識出高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生失諧濾波器的失諧元件。
[0009]具體包括以下步驟，
[0010]步驟1、在高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器的支路中串入電流互感器，分別測量各電流互感器電流的實際運行值，利用快速傅里葉變換FFT技術(shù)，計算得到各次諧波電流實際運行值的有效值；[0011]步驟2、根據(jù)已知的直流側(cè)濾波器的各元件參數(shù)或頻率-阻抗特性，利用諧波分析技術(shù)，計算濾波器各支路諧波電流的設(shè)計值，利用快速傅里葉變換FFT技術(shù)，計算得到各次諧波電流設(shè)計值的有效值；
[0012]步驟3、判斷濾波器是否發(fā)生失諧；
[0013]分別比較濾波器各支路電流中具有諧振頻率的諧波電流的實際運行值的有效值與設(shè)計值的有效值，計算兩者的電流變化率，根據(jù)電流變化率判斷濾波器是否發(fā)生失諧。
[0014]所述步驟3的具體過程為:
[0015]步驟3.1、先計算出上段支路的電流；
[0016]如果含有并聯(lián)支路，則上段支路的電流為各并聯(lián)支路的電流之和；如果沒有并聯(lián)支路，則在串聯(lián)支路接地側(cè)接入電流互感器來獲得上段支路電流；
[0017]步驟3.2、與濾波器正常運行時的上段支路電流進(jìn)行對比，求解上段支路電流的變化率；
[0018]如果高次諧波(50次及以上)電流的變化率小于0.5%，而低次諧波(I次)電流的變化率大于2%，則失諧元件為串聯(lián)部分電容元件；如果高次諧波(50次及以上)電流的變化率大于2%，而低次諧波(I次)電流的變化率小于0.5%，則失諧元件為串聯(lián)部分電感元件；如果有中段并聯(lián)元件，則繼續(xù)步驟3.3，反之結(jié)束；
[0019]步驟3.3、求濾波中段并聯(lián)部分的并聯(lián)諧振頻率；
[0020]步驟3.4、分別求中段并聯(lián)諧振頻率處兩支路電流的變化率；
[0021]如果并聯(lián)部分支路一的電流變化率大于2%，而支路二的電流變化率小于0.2%，則判斷為支路一失諧；如果支路一的電流變化率小于0.2%，而支路二的電流變化率大于2%，則判斷為支路二失諧；如果有下段，則繼續(xù)步驟3.5，反之結(jié)束；
[0022]步驟3.5、求濾波下段并聯(lián)部分的并聯(lián)諧振頻率；
[0023]步驟3.6、分別求下段并聯(lián)諧振頻率處兩支路電流的變化率；
[0024]如果并聯(lián)部分支路一的電流變化率大于2%，而支路二的電流變化率小于0.5%，則判斷為支路一失諧；如果支路一的電流變化率小于0.5%，而支路二的電流變化率大于2%，則判斷為支路二失諧。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0026]本發(fā)明只需在傳統(tǒng)直流側(cè)濾波器中串入電流互感器，利用測得的電流即可辨識出濾波器的失諧元件。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，實現(xiàn)了高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧參數(shù)的在線辨識的功能，在高壓直流輸電系統(tǒng)濾波器的在線狀態(tài)估計和運行維護(hù)等場合具有很高的應(yīng)用價值和市場推廣前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實施例的基于雙調(diào)諧濾波器的高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法的結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例的雙調(diào)諧直流濾波器元件失諧前后阻抗的幅頻特性；
[0030]圖4為附圖3中局部放大I ;[0031]圖5為附圖3中局部放大2。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]如附圖1所示，目前所采用的直流側(cè)濾波器有單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器和三調(diào)諧濾波器，它們的結(jié)構(gòu)均可等效為附圖1的形式。例如單調(diào)諧濾波器僅具有附圖1中的串聯(lián)部分(上段)，雙調(diào)諧濾波器則包括附圖1的串聯(lián)部分(上段)與中間的并聯(lián)部分(中段)，而三調(diào)諧濾波器則為附圖1的形式，同時包括上中下段。本發(fā)明在濾波器各支路中分別串入電流互感器:如果是單調(diào)諧濾波器，則只需串入S1;如果是雙調(diào)諧濾波器，則只需串入S21和S22 ;如果是三調(diào)諧濾波器，則只需串入S21、S22, S31和s32。
[0034]以圖2所示的12次和24次雙調(diào)諧濾波器為例來說明濾波器失諧的在線辨識方法，其失諧前后阻抗的幅頻特性如圖3所示。
[0035]步驟I):通過電流互感器S21和S22分別測量得到圖2所示雙調(diào)諧濾波器中段電流
i21和i22的實際運行值 “I (new)和 i 22 (new)， 其上段電流I1的實際運行值 ? I (new)_ i 21 (new) + ^ 22 (new) °
利用目前成熟的快速傅里葉變換(FFT)技術(shù)，可以得到電流
? I (new) ? i 21 (new)矛口 ^ 22 (new) 的各次
諧波電流的有效值I1OO

(new)，121 (h) (new)和 I22 (h) (new)以及相位角 Θ 1 (h)






(new) ， ^ 21






(h)
(new) ^口
θ 22 (h) (new)，其中 h 為諧波次數(shù)(h=l, 2，3，...)。
[0036]步驟2):根據(jù)高壓直流輸電系統(tǒng)的運行方式和系統(tǒng)參數(shù)，利用成熟的諧波分析技術(shù)，計算出圖2所示雙調(diào)諧濾波器上段的電流i1;中段電流i21和i22的設(shè)計值
il(old)，“l(fā)Cold)
和土22(。1(1)。 利用目前成熟的快速傅里葉變換(FFT)技術(shù)，可以得到電流i





I (old)，“I (old)和 “2(01(1)
的各次諧波電流的有效值I1 (h) (old)，I21 (h) (old)和I22 (h) (old)以及相位角Θ i (h) (old)，Θ 21 (h)
(old)和 9 22 ⑶(old)。
[0037]步驟3):判斷濾波器是否發(fā)生失諧。比較濾波器上段電流中具有諧振頻率的諧波電流的實際運行值的有效值與設(shè)計值的有效值。在本實施例中的濾波器為12次和24次雙調(diào)諧濾波器，因此需比較I1 (12) (new)和I1 (12) (old),以及I1 (24) (new)和I1 (24) (old)的大小。
[0038]根據(jù)圖4可以看到，只要濾波器元件發(fā)生失諧，12次頻率下濾波器的阻抗幅值都將增大，即Z(n?)c(12)>Z(()ld) (12)和Ζ(η_α2)>Ζ_ (12);根據(jù)圖5可以看到，只要濾波器元件發(fā)生失諧，24次頻率下濾波器的阻抗幅值都將增大，即Ζ(ηε*(24)>Ζ_ (24)和Ztow)L(24)>Z(old) (24)。其中Z(new)c(12)和Z(new)c(24)分別為電容失諧時濾波器的12次和24次諧波阻抗幅值；Z(nOT) J12)和Ζ(Μ&(24)分別為電感失諧時濾波器的12次和24次諧波阻抗幅值；Z(()ld) (12)和Ztad) (24)分別為無元件失諧時濾波器的12次和24次諧波阻抗幅值；因此在濾波器上施加的12次和24次諧波電壓不變時，如果濾波器發(fā)生失諧，則流過濾波器的12次和24次諧波電流將顯著減小，若:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法，其特征在于:在高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器的支路中串入電流互感器，利用測量得到的電流，結(jié)合已知的直流側(cè)濾波器的各元件參數(shù)或頻率-阻抗特性，通過計算辨識出高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生失諧濾波器的失諧元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法，其特征在于:具體包括以下步驟， 步驟1、在高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器的支路中串入電流互感器，分別測量各電流互感器電流的實際運行值，利用快速傅里葉變換FFT技術(shù)，計算得到各次諧波電流實際運行值的有效值； 步驟2、根據(jù)已知的直流側(cè)濾波器的各元件參數(shù)或頻率-阻抗特性，利用諧波分析技術(shù)，計算濾波器各支路諧波電流的設(shè)計值，利用快速傅里葉變換FFT技術(shù)，計算得到各次諧波電流設(shè)計值的有效值； 步驟3、判斷濾波器是否發(fā)生失諧； 分別比較濾波器各支路電流中具有諧振頻率的諧波電流的實際運行值的有效值與設(shè)計值的有效值，計算兩者的電流變化率，根據(jù)電流變化率判斷濾波器是否發(fā)生失諧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)濾波器失諧的在線辨識方法，其特征在于:所述步驟3的具體過程為: 步驟3.1、先計算出上段支路的電流； 如果含有并聯(lián)支路，則上段支路的電流為各并聯(lián)支路的電流之和；如果沒有并聯(lián)支路，則在串聯(lián)支路接地側(cè)接入電流互感器來獲得上段支路電流； 步驟3.2、與濾波器正常運行時的上段支路電流進(jìn)行對比，求解上段支路電流的變化率； 如果50次及以上的高次諧波電流的變化率小于0.5%，而I次的低次諧波電流的變化率大于2%，則失諧元件為串聯(lián)部分電容元件；如果50次及以上的高次諧波電流的變化率大于2%，而，I次的低次諧波電流的變化率小于0.5%，則失諧元件為串聯(lián)部分電感元件；如果有中段并聯(lián)元件，則繼續(xù)步驟3.3，反之結(jié)束； 步驟3.3、求濾波中段并聯(lián)部分的并聯(lián)諧振頻率； 步驟3.4、分別求中段并聯(lián)諧振頻率處兩支路電流的變化率； 如果并聯(lián)部分支路一的電流變化率大于2%，而支路二的電流變化率小于0.5%，則判斷為支路一失諧；如果支路一的電流變化率小于0.5%，而支路二的電流變化率大于2%，則判斷為支路二失諧；如果有下段，則繼續(xù)步驟3.5，反之結(jié)束； 步驟3.5、求濾波下段并聯(lián)部分的并聯(lián)諧振頻率； 步驟3.6、分別求下段并聯(lián)諧振頻率處兩支路電流的變化率； 如果并聯(lián)部分支路一的電流變化率大于2%，而支路二的電流變化率小于0.5%，則判斷為支路一失諧；如果支路一的電流變化率小于0.5%，而支路二的電流變化率大于2%，則判斷為支路二失諧。
【文檔編號】G01R31/00GK103675560SQ201310749925
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】黃銀龍, 樂健, 毛濤, 羅漢武, 譚甜源 申請人:武漢大學(xué)