一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）提取故障錄波儀的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行故障極判別；（2）提取故障極的直流側(cè)電壓、電流信號(hào)，對(duì)波形進(jìn)行特征量提取，按照提前建立的故障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹配，獲得至少一個(gè)初步故障類型；（3）按照提前建立的故障波形樣本庫(kù)中存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)時(shí)間間隔，對(duì)故障極的錄波波形從故障起始時(shí)刻處進(jìn)行抽樣，依次將抽樣值與故障波形樣本庫(kù)中與初步故障類型對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，求取波形相似系數(shù)，將相似度最高的故障類型作為最終識(shí)別的結(jié)果。提高故障的排查效率，保證直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流輸電（HVDC)，是利用穩(wěn)定的直流電具有無(wú)感抗，容抗也不起作用，無(wú)同步 問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)而采用的大功率遠(yuǎn)距離直流輸電。高壓直流輸電在遠(yuǎn)距離大容量輸電方面的優(yōu) 勢(shì)使得其在我國(guó)受到廣泛的應(yīng)用。由于高壓直流輸電系統(tǒng)換流站設(shè)備種類繁多、主回路和 控制保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易因設(shè)備絕緣承受過(guò)電壓的威脅而導(dǎo)致直流系統(tǒng)故障或停運(yùn)，嚴(yán) 重威脅區(qū)域電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0003] 造成換流站設(shè)備過(guò)電壓的原因可分為三種，即換流站交流側(cè)故障、閥區(qū)故障與換 流站直流側(cè)故障，其中，由于交流側(cè)故障特征明顯，容易通過(guò)交流側(cè)電壓的變化進(jìn)行故障類 型的識(shí)別。而對(duì)于全壓?jiǎn)?dòng)、接地極線開(kāi)路、金屬回線開(kāi)路、逆變側(cè)閉鎖而旁通對(duì)未解鎖、高 電位YY換流變閥側(cè)單相接地短路等由于控制保護(hù)失靈或短路、開(kāi)路造成的閥區(qū)與換流站 直流側(cè)故障，其故障特性復(fù)雜，難以對(duì)其進(jìn)行直接判別。
[0004] 目前高壓直流輸電工程一般采用故障錄波儀的極線（直流的正負(fù)極）電壓電流進(jìn) 行故障的識(shí)別，而故障錄波儀記錄了故障后一次側(cè)與二次側(cè)多處的模擬量與數(shù)字量波形， 進(jìn)行故障排查時(shí)需要做大量的分析工作，運(yùn)算量大，導(dǎo)致故障的排查效率低下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，充分利用 故障錄波儀記錄的數(shù)據(jù)，結(jié)合典型暫態(tài)故障的特征，形成故障識(shí)別算法，提高故障的排查效 率，保證直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0008] (1)提取故障錄波儀的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行故障極判別；
[0009] (2)提取故障極的直流側(cè)電壓、電流信號(hào)，對(duì)波形進(jìn)行特征量提取，按照提前建立 的故障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹配，獲得至少一個(gè)初步故障類型；
[0010] (3)按照提前建立的故障波形樣本庫(kù)中存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)時(shí)間間隔，對(duì)故障極的錄 波波形從故障起始時(shí)刻處進(jìn)行抽樣，依次將抽樣值與故障波形樣本庫(kù)中與初步故障類型對(duì) 應(yīng)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，求取波形相似系數(shù)，將相似度最高的故障類型作為最終識(shí)別的結(jié) 果。
[0011] 優(yōu)選，各個(gè)步驟具體如下：
[0012] 步驟（1)具體包括如下步驟：
[0013] 步驟101 :提取故障錄波儀輸出的正極線與負(fù)極線的數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0014] 步驟102 :判別發(fā)生了移相閉鎖或者重啟動(dòng)動(dòng)作的極為故障極。
[0015] 步驟（2)具體包括如下步驟：
[0016] 步驟201 :對(duì)故障極直流電壓與直流電流的斜率變化進(jìn)行判斷，獲得故障時(shí)刻；
[0017] 步驟202 :采用FFT變換處理極線的電壓數(shù)據(jù)；
[0018] 步驟203 :分析故障瞬間各直流電壓與直流電流的變化趨勢(shì)；
[0019] 步驟204 :分析故障后直流電壓與直流電流的整體變化趨勢(shì)；
[0020] 步驟205 :根據(jù)步驟202至步驟204的處理結(jié)果，與故障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹 配，獲得至少一個(gè)初步故障類型。
[0021] 步驟（3)中，求取波形相似系數(shù)P xy的公式如下： _ Σ，ν(//)Κ(//)
[。。22] P'' ~ ylTX\n)TY\n)
[0023] 式中，X(η)為樣本波形數(shù)據(jù)，Υ(η)為錄波采樣數(shù)據(jù)；
[0024] 對(duì)各波形的相關(guān)系數(shù)求平均，平均相關(guān)系數(shù)最大的故障類型即為最終識(shí)別的結(jié) 果。
[0025] 本方法充分利用故障錄波儀記錄的數(shù)據(jù)，利用典型暫態(tài)故障的特征以及與故障波 形樣本庫(kù)的樣本波形的波形匹配快速識(shí)別故障，大大提高直流輸電工程的故障排查效率， 算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：充分利用故障錄波儀記錄的數(shù)據(jù)，結(jié)合典型暫態(tài)故障的特 征，形成故障識(shí)別算法，提高故障的排查效率，保證直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限 定。
[0029] 下面以國(guó)內(nèi)直流輸電工程常用的ABB公司的故障錄波儀的故障錄波數(shù)據(jù)為例，詳 細(xì)介紹直流輸電工程典型過(guò)電壓暫態(tài)故障（具體包括：全壓?jiǎn)?dòng)、單極大地回線運(yùn)行方式 下整流側(cè)接地極線開(kāi)路、單極大地回線運(yùn)行方式下逆變側(cè)接地極線開(kāi)路、金屬回線開(kāi)路、整 流側(cè)高端YY換流變閥側(cè)單相接地短路故障、逆變側(cè)高端YY換流變閥側(cè)單相接地短路故障、 逆變側(cè)閉鎖而旁通對(duì)未解鎖、線路接地短路）的識(shí)別方法，具體包括如下步驟，如圖1所 示：
[0030] (1)提取故障錄波儀的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行故障極判別：
[0031] 故障錄波儀的輸出包含正極與負(fù)極的數(shù)據(jù)信號(hào)，提取故障錄波儀的極線直流電壓 與直流電流信號(hào)。
[0032] 對(duì)于造成換流站過(guò)電壓的典型暫態(tài)故障，高壓直流輸電發(fā)生故障后保護(hù)動(dòng)作于移 相閉鎖或者重啟動(dòng)故障極，通過(guò)直流電壓與直流電流判別發(fā)生了以上動(dòng)作的極為故障極。
[0033] (2)典型暫態(tài)故障初步識(shí)別：
[0034] 提取故障極的極線直流電壓（UDL)、極線直流電流（IDL)、中性母線電壓（UDN)、中 性母線電流（IDNC)、入地電流（IDNE)信號(hào)，對(duì)極線直流電壓波形進(jìn)行斜率變化分析、FFT分 析，分析以上各參量在故障瞬間以及故障后的變化趨勢(shì)，形成錄波數(shù)據(jù)的特征量列表，按照 提前建立的故障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹配，獲得至少一個(gè)初步故障類型，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障類型 的篩選，該次識(shí)別結(jié)果可能不唯一。
[0035] 其中，本方法需要提前建立一個(gè)大的故障數(shù)據(jù)庫(kù)，具體包括包含各個(gè)典型故障 的特征的故障特征量庫(kù)和包含各個(gè)典型故障的波形的故障波形樣本庫(kù)，故障特征量庫(kù) 可通過(guò)機(jī)理及仿真研究建立，而故障波形樣本庫(kù)則可以通過(guò)RTDS (Real Time Digital Simulator，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀）仿真、考慮實(shí)際控制保護(hù)特性的電磁暫態(tài)仿真或者實(shí)際故障 錄波數(shù)據(jù)建立。
[0036] 優(yōu)選，步驟（2)具體包括如下步驟：
[0037] 步驟201 :對(duì)故障極直流電壓與直流電流的斜率變化進(jìn)行判斷，獲得故障時(shí)刻；
[0038] 步驟202 :采用FFT變換處理極線的電壓數(shù)據(jù)，即UDL數(shù)據(jù)；
[0039] 步驟203 :分析故障瞬間各直流電壓與直流電流的變化趨勢(shì)，即分析故障瞬間 UDL、IDL、UDN、IDNC、IDNE 的變化趨勢(shì)；
[0040] 步驟204 :分析故障后直流電壓與直流電流的整體變化趨勢(shì)，即分析整個(gè)錄波時(shí) 間段內(nèi)UDL、IDL、UDN、IDNC、IDNE的整體變化趨勢(shì)；
[0041] 步驟205 :根據(jù)步驟202至步驟204的處理結(jié)果，與故障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹 配，獲得至少一個(gè)初步故障類型。
[0042] 判斷初步故障類型的算法如下：
[0043] 1)若錄波數(shù)據(jù)中的中性母線電流在整個(gè)分析時(shí)段內(nèi)小于0. Ip. u.，即IDNC〈0. Ip. u.，則為全壓?jiǎn)?dòng)故障；
[0044] 2)若極線直流電壓中含有50HZ分量，即UDL的頻譜有50HZ分量，并且故障瞬間逆 變側(cè)極線電壓上升、極線電流以及中性母線電流都下降，則為逆變側(cè)閉鎖而旁通對(duì)未解鎖 故障；
[0045] 3)若故障瞬間逆變側(cè)極線電壓、極線電流以及中性母線電流都下降，即逆變側(cè) UDL、IDL、IDNC下降，則為單極大地回線運(yùn)行方式下整流側(cè)接地極線開(kāi)路故障、整流側(cè)高端 YY換流變閥側(cè)單相接地短路故障或金屬回線開(kāi)路故障；
[0046] 4)若逆變側(cè)接地極線電流在1ms之內(nèi)下降為0,即IDNE = 0,則為單極大地回線運(yùn) 行方式下的逆變側(cè)接地極線開(kāi)路故障；
[0047] 5)若中性母線電流在1ms之內(nèi)下降為0,即IDNC = 0,則為逆變側(cè)高電位YY換流 變閥側(cè)單相接地短路故障；
[0048] 6)若直流極線電壓、電流下降至小于0. lp.u.，即UDL與IDL下降為小于0. lp.u.， 且一段時(shí)間后又重新上升或重啟動(dòng)，則為線路接地短路故障。
[0049] (3)通過(guò)波形匹配獲得最終識(shí)別類型：
[0050] 按照提前建立的故障波形樣本庫(kù)中存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)時(shí)間間隔，對(duì)故障極的錄波波 形從故障起始時(shí)刻處進(jìn)行抽樣，總時(shí)間長(zhǎng)度與存儲(chǔ)的樣本波形的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度保持一致， 依次將抽樣值與故障波形樣本庫(kù)中與初步故障類型對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，可根據(jù)下面 公式進(jìn)行波形相似系數(shù)P xy的求取， _ ΣΧ{η)Υ{η)
[0051] Pv = l , ^ 7 yjlX-{n)ZY-{n)
[0052] 式中，X(n)為樣本波形數(shù)據(jù)，Y(n)為錄波采樣數(shù)據(jù)。
[0053] 對(duì)各波形的相關(guān)系數(shù)求平均，平均相關(guān)系數(shù)最大的故障類型即為最終識(shí)別的結(jié) 果，即將相似度最高的故障類型作為最終識(shí)別的故障類型。
[0054] 相比于以往只采樣直流極線的電壓、電流，通過(guò)復(fù)雜的時(shí)頻分析進(jìn)行故障識(shí)別方 法，本識(shí)別方法充分利用了故障本身的特征，通過(guò)反映故障拓?fù)湫畔⒌墓收咸卣鲗?duì)故障進(jìn) 行初步定位。充分利用故障錄波儀已有的數(shù)據(jù)，對(duì)故障波形進(jìn)行波形匹配，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單， 提高故障識(shí)別準(zhǔn)確度，并且在通過(guò)故障特征進(jìn)行了故障類型初步篩選的情況下，識(shí)別效果 顯著，提高故障的排查效率，保證直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0055] 以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān) 的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 提取故障錄波儀的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行故障極判別； (2) 提取故障極的直流側(cè)電壓、電流信號(hào)，對(duì)波形進(jìn)行特征量提取，按照提前建立的故 障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹配，獲得至少一個(gè)初步故障類型； (3) 按照提前建立的故障波形樣本庫(kù)中存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)時(shí)間間隔，對(duì)故障極的錄波波 形從故障起始時(shí)刻處進(jìn)行抽樣，依次將抽樣值與故障波形樣本庫(kù)中與初步故障類型對(duì)應(yīng)的 波形數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，求取波形相似系數(shù)，將相似度最高的故障類型作為最終識(shí)別的結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，步 驟（2)具體包括如下步驟： 步驟201 :對(duì)故障極直流電壓與直流電流的斜率變化進(jìn)行判斷，獲得故障時(shí)刻； 步驟202 :采用FFT變換處理極線的電壓數(shù)據(jù)； 步驟203 :分析故障瞬間各直流電壓與直流電流的變化趨勢(shì)； 步驟204 :分析故障后直流電壓與直流電流的整體變化趨勢(shì)； 步驟205 :根據(jù)步驟202至步驟204的處理結(jié)果，與故障特征量庫(kù)進(jìn)行特征量匹配，獲 得至少一個(gè)初步故障類型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，判 斷初步故障類型的算法如下： 1) 若錄波數(shù)據(jù)中的中性母線電流在整個(gè)分析時(shí)段內(nèi)小于〇. lp.u.，則為全壓?jiǎn)?dòng)故 障； 2) 若極線直流電壓中含有50HZ分量，并且故障瞬間逆變側(cè)極線電壓上升、極線電流以 及中性母線電流都下降，則為逆變側(cè)閉鎖而旁通對(duì)未解鎖故障； 3) 若逆變側(cè)極線與中性線的電壓、電流以及接地極線的電流都下降，則為單極大地回 線運(yùn)行方式下整流側(cè)接地極線開(kāi)路故障、整流側(cè)高端YY換流變閥側(cè)單相接地短路故障或 金屬回線開(kāi)路故障； 4) 若逆變側(cè)接地極線電流在故障后lms內(nèi)下降為0,則為單極大地回線運(yùn)行方式下逆 變側(cè)接地極線開(kāi)路故障； 5) 若中性母線電流在故障后lms之內(nèi)下降為0,則為逆變側(cè)高電位YY換流變閥側(cè)單相 接地短路故障； 6) 若直流極線電壓電流下降至小于O.lp.u.，且一段時(shí)間后又重新上升或重啟動(dòng)，則 為線路接地短路故障。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，步 驟（3)中，求取波形相似系數(shù)P xy的公式如下：
式中，X(n)為樣本波形數(shù)據(jù)，Y(n)為錄波采樣數(shù)據(jù)； 對(duì)各波形的相關(guān)系數(shù)求平均，平均相關(guān)系數(shù)最大的故障類型即為最終識(shí)別的結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特征在于，步 驟（1)具體包括如下步驟： 步驟101 :提取故障錄波儀輸出的正極線與負(fù)極線的數(shù)據(jù)信號(hào)； 步驟102 :判別發(fā)生了移相閉鎖或者重啟動(dòng)動(dòng)作的極為故障極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 -5任意一項(xiàng)所述的一種直流輸電工程典型暫態(tài)故障識(shí)別方法，其特 征在于，通過(guò)RTDS仿真、考慮實(shí)際控制保護(hù)特性的電磁暫態(tài)仿真或者實(shí)際故障錄波數(shù)據(jù)建 立故障波形樣本庫(kù)。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK104280644SQ201410575160
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】周志成, 謝天喜, 何俊佳, 陶風(fēng)波, 馬勇, 劉洋, 李婷 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 華中科技大學(xué)