CN105988060A - 一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法，包括步骤1：采集并联电路中每个支路的电流信号i；步骤2：获取电流信号i的h次谐波电流的有效值I(h)；步骤3：计算并联电路中两个支路h次谐波电流比值的实际值K_r(h)；步骤4：比较所述实际值K_r(h)与谐波电流比值的设定值K_s(h)，从而确定滤波器中发生失谐的元件。与现有技术相比，本发明提供的一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法，通过并联两支路谐波电流的比值即可初步判断出失谐元件的范围，辨识精度高，大大减小了失谐滤波器的失谐元件辨识及修复时间。

Description

一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法

技术领域

本发明涉及一种失谐元件辨识方法，具体涉及一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法。

背景技术

直流输电系统具有线路造价低、适合远距离输电、无系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点，越来越多地被应用于远距离输电和交流系统互联的场合。但由于直流输电系统中使用的由电力电子器件构成的换流站会产生大量的谐波，对整个直流输电系统产生谐波危害，故需在高压直流侧添加直流滤波器来进行滤波。在高压直流系统运行过程中，由于环境温度的变化，自身的发热和老化等原因，滤波器的电容和电感等元件的参数均会发生微小的变化，使得直流滤波器的实际谐振频率和谐波阻抗值偏离设定值，导致滤波器失谐。滤波器失谐后，将影响了直流侧的滤波器效果，附加在直流电压上的谐波将会周边通信设备产生干扰，并对换流器的控制稳定性产生影响。

目前，在电力系统中常用的滤波器是单调谐滤波器及双调谐滤波器，三调谐直流滤波器由于具有良好的滤波特性及经济性受到越来越多的关注，并已在高压及特高压直流输电工程中得到了实际的应用。但三调谐滤波器由于元件较多，故增大了其参数失谐的可能性，且在失谐之后对其参数辨识没有有效的辨识方法，因此对三调谐滤波器的实际应用有所限制。有研究提出了一种基于粗糙集的三调谐直流滤波器失谐故障元件的检测方法，对三调谐滤波器的参数辨识进行了研究，但该方法对不同的滤波器需设置不同的辨识规则，且辨识规则的设定繁琐，普遍适用性较差。

基于此，需要提出一种高压直流输电系统中三调谐滤波器参数失谐的初步辨识方法对滤波器的参数失谐进行初步辨识，从而降低故障元件的辨识时间。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法，所述滤波器包括依次连接的串联电路和并联单元；所述串联电路包括串联的电感和电容；所述并联单元包括两个串联的并联电路，每个并联电路均由电感和电容并联组成，所述方法包括：

步骤1：采集所述并联电路中每个支路的电流信号i；

步骤2：获取所述电流信号i的h次谐波电流的有效值I(h)；

步骤3：计算所述并联电路中两个支路h次谐波电流比值的实际值K_r(h)；

步骤4：比较所述实际值K_r(h)与谐波电流比值的设定值K_s(h)，从而确定所述滤波器中发生失谐的元件。

优选的，所述步骤1中在所述并联电路的每个支路中均串入一个电流互感器，采集所述电流信号i；

优选的，所述步骤2中用快速傅里叶变换法分析所述电流信号i，得到所述h次谐波电流的有效值I_h；

优选的，所述步骤3中计算谐波电流比值的实际值K_r(h)的计算公式为：

$K_r\left(h\right)=\left|\frac{I_L\left(h\right)}{I_C\left(h\right)}\right|---\left(1\right)$

其中，所述I_L(h)为并联电路中电感所在支路的h次谐波电流的有效值；

所述I_C(h)为并联电路中电感所在支路的h次谐波电流的有效值；

优选的，所述步骤4中所述滤波器的谐波电流比值的设定值K_s(h)的计算公式为：

K_s(h)＝ω(h)²LC (2)

其中，所述ω(h)为并联电路中支路的h次谐波角频率，ω(h)＝2πf×h；

所述L为并联电路中电感的电感值；所述C为并联电路中电容的电容值；

优选的，所述步骤4中确定所述滤波器中发生失谐的元件包括：

若所述K_r(h)≠K_s(h)，则所述并联电路发生失谐；

若所述K_r(h)＝K_s(h)，并联单元未发生失谐，则所述串联电路发生失谐。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法，只需在直流侧三调谐滤波器中串入电流互感器，利用测得的电流即可初步辨识出滤波器的失谐元件，结构简单，实现方便，可大大节约三调谐滤波器失谐元件的辨识时间，在高压直流输电系统滤波器的在线状态估计和运行维护等场合具有很高的应用价值和市场推广前景；

2、本发明提供的一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法，对测量得到的电流进行傅里叶分解，得到各次谐波电流，通过并联两支路谐波电流的比值即可初步判断出失谐元件的范围，该方法辨识精度高，且可用不同次谐波电流的比值互相佐证，可大大减小了失谐滤波器的失谐元件辨识及修复时间，实现了状态监测。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法流程图；

图2：本发明实施例中三调谐直流滤波器结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

三调谐滤波器的失谐故障多是由单个元件参数变化造成的，因此并没有考虑多个元件同时失谐的情况。本发明提供的失谐元件辨识方法在传统直流侧三调谐滤波器的各并联支路中串入电流互感器，对测量得到的电流进行傅里叶分解，初步辨识出滤波器的失谐元件。

如图2所示，三调谐直流滤波器包括依次连接的串联电路和并联单元。

串联电路包括串联的电感L1和电容C1。并联单元包括两个串联的并联电路，每个并联电路均由电感和电容并联组成。如图1所示，一个并联电路包括电感L2和电容C2，另一个并联电路包括电感L3和电容C3。

如图1所示，本实施例中三调谐直流滤波器失谐元件辨识方法的具体步骤为：

1、采集三调谐直流滤波器中并联电路中每个支路的电流信号i。

在并联电路的每个支路中均串入一个电流互感器，采集电流信号i，如图所示：

电感L2与电流互感器S22串联，电容C2与电流互感器S21串联，电感L3与电流互感器S32串联，电容C3与电流互感器S31串联。

2、获取电流信号i的h次谐波电流的有效值I(h)，h＝1,2,3...。

本实施例中用快速傅里叶变换法分析电流信号i，得到h次谐波电流的有效值I(h)，具体为：

电感L2所在支路的电流i₂₂的h次谐波电流的有效值I₂₂(h)；

电容C2所在支路的电流i₂₁的h次谐波电流的有效值I₂₁(h)；

电感L3所在支路的电流i₃₂的h次谐波电流的有效值I₃₂(h)；

电容C3所在支路的电流i₃₁的h次谐波电流的有效值I₃₁(h)。

3、计算并联电路中两个支路h次谐波电流比值的实际值K_r(h)，

(1)K_r(h)的计算公式为：

$K_r\left(h\right)=\left|\frac{I_L\left(h\right)}{I_C\left(h\right)}\right|---\left(1\right)$

其中，I_L(h)为并联电路中电感所在支路的h次谐波电流的有效值；I_C(h)为并联电路中电感所在支路的h次谐波电流的有效值。

(2)如图2所示，本实施例中将三调谐直流滤波器分为三段：

I段：串联电路；

II段：电感L2和电容C2组成的并联支路；

III段：电感L3和电容C3组成的并联支路。

①：II段中电感L2所在支路和电容C2所在支路的h次谐波电流比值的实际值K_rII(h)计算公式为：

$K_{\mathrm{rII}}\left(h\right)=\left|\frac{I_{22}\left(h\right)}{I_{21}\left(h\right)}\right|---\left(2\right)$

②：III段中电感L3所在支路和电容C3所在支路h次谐波电流比值的实际值K_rIII(h)计算公式为：

$K_{\mathrm{rIII}}\left(h\right)=\left|\frac{I_{32}\left(h\right)}{I_{31}\left(h\right)}\right|---\left(3\right)$

4、比较实际值K_r(h)与谐波电流比值的设定值K_s(h)，判断三调谐直流滤波器是否发生失谐。

(1)若K_r(h)≠K_s(h)，则并联电路发生失谐；

若K_r(h)＝K_s(h)，并联单元未发生失谐，则串联电路发生失谐。

(2)谐波电流比值的设定值K_s(h)的计算公式为：

K_s(h)＝ω(h)²LC (4)

其中，ω(h)为并联电路中支路的h次谐波角频率，ω(h)＝2πf×h；L为并联电路中电感的电感值；C为并联电路中电容的电容值。

(3)本实施例中II段中电感L2所在支路和电容C2所在支路的谐波电流比值的设定值K_sII(h)的计算公式为：

K_sII(h)＝ω(h)²L₂C₂ (5)

其中，L₂为电感L2的电感值，C₂为电容C2的电容值。

III段中电感L3所在支路和电容C3所在支路的谐波电流比值的设定值K_sIII(h)的计算公式为：

K_sIII(h)＝ω(h)²L₃C₃ (6)

其中，L₃为电感L2的电感值，C₃为电容C2的电容值。

通过上述步骤，可以将三调谐滤波器的失谐元件由六个辨识到两个，大大节约失谐元件的辨识事件。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种三调谐直流滤波器的失谐元件辨识方法，所述滤波器包括依次连接的串联电路和并联单元；所述串联电路包括串联的电感和电容；所述并联单元包括两个串联的并联电路，每个并联电路均由电感和电容并联组成，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：采集所述并联电路中每个支路的电流信号i；

步骤2：获取所述电流信号i的h次谐波电流的有效值I(h)；

步骤3：计算所述并联电路中两个支路h次谐波电流比值的实际值K_r(h)；

步骤4：比较所述实际值K_r(h)与谐波电流比值的设定值K_s(h)，从而确定所述滤波器中发生失谐的元件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中在所述并联电路的每个支路中均串入一个电流互感器，采集所述电流信号i。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中用快速傅里叶变换法分析所述电流信号i，得到所述h次谐波电流的有效值I_h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中计算谐波电流比值的实际值K_r(h)的计算公式为：

$K_r\left(h\right)=\left|\frac{I_L\left(h\right)}{I_C\left(h\right)}\right|---\left(1\right)$

其中，所述I_L(h)为并联电路中电感所在支路的h次谐波电流的有效值；

所述I_C(h)为并联电路中电感所在支路的h次谐波电流的有效值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中所述滤波器的谐波电流比值的设定值K_s(h)的计算公式为：

K_s(h)＝ω(h)²LC (2)

其中，所述ω(h)为并联电路中支路的h次谐波角频率，ω(h)＝2πf×h；

所述L为并联电路中电感的电感值；所述C为并联电路中电容的电容值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中确定所述滤波器中发生失谐的元件包括：

若所述K_r(h)≠K_s(h)，则所述并联电路发生失谐；

若所述K_r(h)＝K_s(h)，并联单元未发生失谐，则所述串联电路发生失谐。