CN103499753A - 快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，包含暂态故障监测系统、工程项目管理、电磁暂态仿真计算、故障特征指纹库及故障分析与识别五大模块。本发明首先通过工程项目管理模块建立相应的电磁暂态仿真模型，随后用电磁仿真计算模块对目标工程项目进行大量的仿真计算，获得该工程项目可能发生的故障信息，运用特征提取技术对故障信息进行处理，从而建立故障特征指纹库，在实际发生暂态故障时，暂态故障监测系统会自动获取相关的故障信息，将该信息与指纹库相对比，从而判断故障的类型、位置和原因，为高压直流输电系统暂态故障的快速排除提供可靠的技术手段，实现快速恢复送电，减少社会经济损失，具有良好的应用推广前景。

Description

快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统

技术领域

本发明涉及一种快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，属于高电压输变电技术领域。

背景技术

高压直流输电系统具有输送容量大、线路造价低、损耗小、无需同步、利于联网等诸多优点，在国内外应用非常广泛，尤其是近几年来，我国正在大力发展特高压直流输电技术，为推动能源优化配置发挥了重要作用。然而，高压直流输电系统虽然线路比交流系统相对简单，但是其换流站的设备种类繁多、控制保护系统结构复杂，导致系统过电压来源更为丰富、故障类型更为多样，应对故障的能力较差，易因设备绝缘承受过电压的威胁而导致直流系统故障或停运，严重威胁区域电网的安全运行。近几年，全国直流输电工程运行中，因暂态过程引起的单极故障及双极闭锁每年都有发生。

由于高压直流系统输送容量大，一旦出现故障，波及的范围会很广，因此，在运行过程中除了要积极预防故障的发生，还需要在故障出现后快速排除故障，恢复系统送电。目前，对于高压直流输电系统暂态故障的排查，主要依靠专家凭经验和理论知识进行判断，而评判依据则是传统录波仪所监测的极线电压和电流以及保护动作信息，信息来源少，人工判断耗时长，难以实现故障的快速识别和故障过程复现，指导快速排出故障恢复送电。

 

发明内容

为了弥补采用人工判别和排除高压直流输电系统的暂态故障的速度很慢，无法在短时间内恢复供电，难以满足社会生活和经济生产需要的缺点，本发明提供了一种快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，能够提高故障排除速度，减少社会经济损失。

本发明所采用的技术方案是：

快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，包括如下几个功能模块：

暂态故障监测系统，用以监测高压直流输电系统中的暂态故障，并记录暂态故障时电流波形信息；

工程项目管理模块，用以构建高压直流输电系统中一次设备的工程项目，展示工程项目信息，建立工程项目的主接线图，并进行设备参数配置； 

电磁暂态仿真计算模块，以工程项目管理模块中的工程项目为基础，根据工程项目的一次设备参数和二次控制保护系统信息，建立对应的电磁暂态仿真模型并进行故障设置，搭建控制保护系统等效电路，仿真计算各电磁暂态仿真模型在各种暂态故障下的过电压、电流波形及相应的保护动作情况，统计结果，获取故障信息；

故障特征指纹库模块，根据电磁暂态仿真计算模块的故障结果，运用特征提取算法提取波形幅值、陡度、波前时间信息，并与保护动作信息一起存入数据库建立故障特征指纹库；

故障识别与诊断模块，所述故障识别与诊断模块在高压直流输电系统发生暂态故障时，自动提取故障录波仪监测到的极线电压和电流波形，暂态故障监测系统记录的电流波形的特征信息，综合避雷器动作次数、SER警示信息和保护动作信息，运用特征对比算法将提取到的暂态故障特征信息与故障特征指纹库样本进行对比，通过信息吻合度的高低进行排序，从而判断故障的类型、位置和原因。

前述的暂态故障监测系统包括行波入侵监测系统和避雷器动作电流监测系统，所述行波入侵监测系统安装在高压直流输电线路上，用以监测输电线路雷电侵入波电流，所述避雷器动作电流监测系统安装在换流站内，用以监测换流站操作过电压引起的避雷器动作电流。

前述的行波入侵监测系统和避雷器动作电流监测系统均由相应的监测装置，无线信号传输装置以及信息观测与存储装置组成。

前述的无线信号传输装置为GPRS无线网络。

前述的工程项目管理模块和暂态仿真计算模块基于ATP/EMTP或PSCAD/EMTDC构建，其中工程项目包括换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备以及各种类型的交和直流避雷器一次设备工程项目。

本发明的有益效果是：高压直流输电系统虽然可能出现的故障种类繁多，但终归是有限的，本发明将可能出现的典型故障计算出来作为样本，在实际故障发生时，将其与计算的样本进行智能搜索和对比，通过反推即可知发生故障的类型、位置和原因，本发明为高压直流输电系统暂态故障的快速排除提供可靠的技术手段，实现快速恢复送电，减少社会经济损失，具有良好的应用推广前景。

附图说明

图1 为本发明的暂态故障监测系统结构示意图；

图2 为本发明的智能系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

高压直流输电系统设备种类多，主回路和控制系统结构复杂，导致暂态故障的来源丰富。出现故障后，传统的方法是依靠人工判别，基于历史上直流系统已经出现和排除过的故障，结合该系统自身设备和控制保护的特点，逐点逐项进行排查分析，然而由于可依赖的经验少，直流系统庞杂，往往判断的速度很慢，延长了故障识别、定位、排除的时间周期，不利于快速恢复送电。

鉴于此，运用计算机技术智能识别故障已成为一种弥补人工判别故障技术缺陷的良好手段。研究表明，直流输电系统虽然可能出现的故障种类繁多，但终归是有限的，因而可以将可能出现的典型故障计算出来作为样本，在实际故障发生时，将其与计算的样本进行智能搜索和对比，通过反推即可知发生故障的类型、位置和原因。

本发明的快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统主要包括以下功能模块：

暂态故障监测系统，用以监测高压直流输电系统中的暂态故障，并记录暂态故障时电流波形信息；如图1所示，暂态故障监测系统包括行波入侵监测系统和避雷器动作电流监测系统，其中行波入侵监测系统安装在高压直流输电线路上，用以监测输电线路雷电过电压引起的侵入波电流；避雷器动作电流监测系统安装在换流站内，用以监测换流站操作过电压引起的避雷器动作电流。行波入侵监测系统和避雷器动作电流监测系统均由相应的监测装置，无线信号传输装置以及信息观测与存储装置组成，是进行故障分析与识别的重要信息来源之一，本发明采用GPRS无线传输装置进行数据传输。

工程项目管理模块，用以构建高压直流输电系统中一次设备的工程项目，展示工程项目信息，建立工程项目的主接线图，并进行设备参数配置，以实现设备的增删和参数修改；构建的工程项目包括换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备以及各种类型的交、直流避雷器等一次设备模型。 

电磁暂态仿真计算模块，工程项目管理模块和暂态仿真计算模块基于ATP/EMTP或PSCAD/EMTDC等电力系统电磁暂态仿真计算软件构建，电磁暂态仿真计算模块以工程项目管理模块中的工程项目为基础，根据工程项目的一次设备参数和二次控制保护系统信息，建立对应的电磁暂态仿真模型并进行故障设置，搭建控制保护系统等效电路，仿真计算各电磁暂态仿真模型在各种可能出现的典型暂态故障下的过电压、电流波形及相应的保护动作情况，统计计算结果，获取该工程项目可能发生的故障信息； 

故障特征指纹库模块，根据电磁暂态仿真计算模块的故障结果，运用特征提取算法提取波形幅值、陡度、波前时间信息，并与保护动作信息一起存入数据库建立故障特征指纹库；

故障识别与诊断模块，当高压直流输电系统发生暂态故障时，故障识别与诊断模块自动对故障录波仪监测到的极线电压和电流波形、暂态故障监测系统记录的侵入波电流波形和避雷针动作电流波形进行特征提取，综合避雷器在线监测仪测得的避雷器动作次数、换流站后台监控系统获取的SER警示信息和保护动作信息，运用特征对比算法将提取到的暂态故障特征信息与故障特征指纹库样本进行对比，通过信息吻合度的高低进行排序给出最可能的故障原因，从而判断故障的类型、位置和原因，上述信息均通过移动GPRS无线网络传输到故障分析与识别系统中。

以上以较佳实施例对本发明进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，其特征在于，包括如下几个功能模块：

暂态故障监测系统，用以监测高压直流输电系统中的暂态故障，并记录暂态故障时电流波形信息；

工程项目管理模块，用以构建高压直流输电系统中一次设备的工程项目，展示工程项目信息，建立工程项目的主接线图，并进行设备参数配置； 

电磁暂态仿真计算模块，以工程项目管理模块中的工程项目为基础，根据工程项目的一次设备参数和二次控制保护系统信息，建立对应的电磁暂态仿真模型并进行故障设置，搭建控制保护系统等效电路，仿真计算各电磁暂态仿真模型在各种暂态故障下的过电压、电流波形及相应的保护动作情况，统计结果，获取故障信息；

故障特征指纹库模块，根据电磁暂态仿真计算模块的故障结果，运用特征提取算法提取波形幅值、陡度、波前时间信息，并与保护动作信息一起存入数据库建立故障特征指纹库；

故障识别与诊断模块，所述故障识别与诊断模块在高压直流输电系统发生暂态故障时，自动提取故障录波仪监测到的极线电压和电流波形，暂态故障监测系统记录的电流波形的特征信息，综合避雷器动作次数、SER警示信息和保护动作信息，运用特征对比算法将提取到的暂态故障特征信息与故障特征指纹库样本进行对比，通过信息吻合度的高低进行排序，从而判断故障的类型、位置和原因。

2.根据权利要求1所述的快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，其特征在于，所述暂态故障监测系统包括行波入侵监测系统和避雷器动作电流监测系统，所述行波入侵监测系统安装在高压直流输电线路上，用以监测输电线路雷电侵入波电流，所述避雷器动作电流监测系统安装在换流站内，用以监测换流站操作过电压引起的避雷器动作电流。

3.根据权利要求1所述的快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，其特征在于，所述行波入侵监测系统和避雷器动作电流监测系统均由相应的监测装置，无线信号传输装置以及信息观测与存储装置组成。

4.根据权利要求3所述的快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，其特征在于，所述无线信号传输装置为GPRS无线网络。

5.根据权利要求1所述的快速识别高压直流输电系统暂态故障的智能系统，其特征在于，所述工程项目管理模块和暂态仿真计算模块基于ATP/EMTP或PSCAD/EMTDC构建，其中工程项目包括换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备以及各种类型的交和直流避雷器一次设备工程项目。

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