CN106597217B - 一种mmc-hvdc交流侧不对称故障诊断方法 - Google Patents
一种mmc-hvdc交流侧不对称故障诊断方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106597217B CN106597217B CN201611072690.7A CN201611072690A CN106597217B CN 106597217 B CN106597217 B CN 106597217B CN 201611072690 A CN201611072690 A CN 201611072690A CN 106597217 B CN106597217 B CN 106597217B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- characteristic value
- fault
- stable state
- fault characteristic
- mmc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000819 phase cycle Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/088—Aspects of digital computing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
- Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
本发明属于电力系统直流输电领域，尤其涉及一种MMC‑HVDC交流侧不对称故障诊断方法。实时监测换流站出口处的直流电压，并实时存储电压值；将存储的电压值与函数f(t)进行相乘，对相乘结果进行数据处理，提取故障特征量；建立故障判据，若判据式中有一个成立，则判定交流侧发生不对称故障，否则，判定非此故障。该方法分析了MMC‑HVDC交流侧发生不对称故障时，负序分量引起换流站及直流侧发生二倍频波动的原理。并且通过滤波和积分的方法提取直流侧电气量的二倍频分量，并且以二倍频分量作为故障量判据。该方法将提高针对MMC‑HVDC交流侧不对称故障的保护选择性，快速性，灵敏性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统直流输电领域，尤其涉及一种MMC-HVDC交流侧不对称故障诊断方法。
背景技术
模块化多电平换流器型高压直流输电(Modular Multilevel Converter-HighVoltage Direct Current，MMC-HVDC)是柔性直流输电的一种新型换流器拓扑结构，并以其大容量、高效率、远距离、低谐波率、低开关频率、电压等级易扩展等优势，受到广泛的关注，有着很好的发展前景。与此同时，针对MMC-HVDC故障机理分析和保护也是亟待研究的问题。
故障在柔性交直流电网交流电网侧发生后，在交、直流电网连接端口的交流电网侧的多个端口形成故障电流。MMC型电压源换流器作为交、直流电网的接口装置，本身的拓扑结构、控制和测量算法等不具备交、直流电网的电气对称性，对直流侧和交流侧显现的暂态特性存在较大差异。交流侧电网发生故障时，在交直流电网侧都会形成故障分量。因此，针对故障分量在交、直流电网之间通过MMC在多个端口穿越和感应的原理是本发明的技术支撑。
针对换流站交流侧发生不对称故障，交流侧电气量能够表现出故障特征，传统的交流系统的故障检测及保护算法仍然适用。同时，由于交流侧不对称故障，故障分量经过换流站穿越到直流侧，在直流侧形成明显二倍频分量，这可以作为交流侧不对称故障的一个显著故障分量特征。基于此，可以通过对直流侧二倍频分量的分析和提取，建立故障判据，形成基于直流侧电气量的保护策略。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种MMC-HVDC交流侧不对称故障诊断方法，所述方法包括：
步骤1、实时监测换流站出口处的直流电压，并实时存储电压值Udc；
步骤2、将步骤1中存储的Udc与函数f(t)＝2cos 2ω0t进行相乘，函数f(t)的采样频率与直流电压的采样频率保持一致；
步骤3、对步骤2中的相乘结果进行数据处理，提取故障特征量；
步骤4、建立故障判据
U1≥KlUset1 (1)
U2≥KlUset2 (2)
U1≥KlUset1&U2≥KlUset2 (3)
其中Kl为灵敏度系数；
运行过程中，根据步骤3中选采取的方法，如果(1)(2)(3)式中有一个成立，则判定交流侧发生不对称故障，否则，判定非此故障。
所述步骤3的具体过程为
采用基于滤波器的方法进行故障特征量提取，将步骤2中的相乘结果经滤波器，滤除交流分量，输出直流分量U1；在稳态时，将滤波器输出的直流分量作为故障判定阀值Uset1。
所述步骤3的具体过程为
采用基于积分变换的方法进行故障特征量提取，对步骤2中的相乘结果进行积分，选择长度为10ms的数据窗，随着系统运行，数据窗中的数据也在实时更新，对这10ms长度的数据进行积分，积分的结果为U2；在稳态时，进行多次积分，将稳态的积分结果作为故障判定阀值Uset2。
有益效果
本发明通过直流侧二倍频分量来判断换流站交流侧是否发生不对称故障，一方面可以作为交流侧不对称故障的保护判据，另一方面可以为基于直流侧电气量的交、直流故障保护形成统一的保护判据提供参考。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程图；
图2为采用基于滤波器的方法进行故障特征量提取的过程；
图3为数据窗实时提取Udc数据；
图4为模块化多电平换流站拓扑图
图5为MMC-HVDC系统图；
图6为A相等值电路图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。本发明提出了一种基于直流侧电气量的MMC-HVDC交流侧不对称故障诊断方法，如图1所示，具体步骤为：
1、依靠测量系统，实时监测直流电压Udc的数据，并存储数据。
2、对于直流电压Udc有：
两边同时乘以2cos 2ω0t，可得：
由前述分析可知，故障后Udc2变化最明显，所以把含Udc2的分量作为故障特征量。
3、故障特征量提取
以下用两种方法提取相应的故障特征量。
方法一：基于滤波器的故障特征量提取
由式(5)可见，右侧除了是直流分量，其余均为交流量，所以经过低通滤波器，截止频率小于50Hz，最后输出量为直流分量U1,如图2所示。稳态时，二倍频分量很小，可以在稳态时将经滤波器输出值U1作为整定值Uset，
方法二：基于积分变换的故障特征量提取
建立一个长度为T＝10ms的数据窗，随着系统运行，每次提取出10ms长度的最新的Udc数据进行式(5)的计算，如图3所示，并且进行积分运算：
由式(6)可见，对于T＝10ms的数据窗的长度，周期小于等于10ms的余弦量，在10ms内的积分为0，也就是说二倍频及更高次频率分量的积分为0
所以式(4)积分转换为
由于在稳态情况下，除了直流分量外，基波及各次谐波分量的幅值都非常小，所以在稳态下，式(7)的积分值也非常小。可以在稳态下采集多组数据进行积分运算，将稳态下的积分结果U2并取得相应的阀值Uset2。故障发生时，二倍频分量突增，其他分量依旧很小，所以式(7)的积分量可以认为是二倍频分量的积分量，可以用来作为故障特征量。
4、保护判据
1)基于方法一的保护判据：
在运行过程中，如果U1≥KlUset1成立，则判断故障发生
其中Kl为灵敏度系数，为了兼顾灵敏度和防止噪音干扰导致误判，Kl可以取1.2～1.5。
2)基于方法二的保护判据：
在运行过程中，如果U2≥Kl·Uset2成立，则判断故障发生，Kl取1.2～1.5。
3)方法一和方法二结合的保护判据：
在运行过程中，如果U1≥KlUset1&U2≥Kl·Uset2成立，则则判断故障发生，Kl取1.2～1.5，此判据兼顾方法一和方法二，可靠性更高。
图4为模块化多电平换流站拓扑图，交流量经过此换流站变为直流量，同时交流侧的故障分量也会经过换流站传到直流侧，所以可以在直流侧检测故障特征量来反映交流侧是否发生部队称故障。交流不对称故障时直流侧二倍频分量的产生机理：
当交流侧发生不对称故障时，MMC交流输出电压和电流会出现负序分量和零序分量。本发明采用变压器采用如图5所示的Y0D接线方式，隔离了零序分量。以A相为例，换流站阀侧输出的电压和电流，如图6所示，可以表示为下式(8)
上式中U+,U-,I+,I-分别为电压和电流的正负序分量的幅值θi+,θi-分别为其初相角，ω0为基波角频率
则A相的瞬时功率计算如下
由于B、C相正序分量依次之后120°，负序分量依次超前120°，所以易得Pb，Pc如下：
由公式(9)-(11)的第一行可见，稳态运行下，MMC交流侧只有正序电压和电流，此时瞬时功率包含一个直流分量和一个二倍频分量，并且二倍频分量在三相间呈负序，不会进入直流侧。由公式第二行可见，负序电压和负序电流，形成直流分量和正序性质的二倍频分量，二倍频分量也不会进入直流侧。由公式第三、四行可见，正负序电压和电流形成的功率包含直流分量和二倍频分量，并且该二倍频分量在三相间呈现零序性质，会进入直流侧，造成直流侧电压、电流、功率的二倍频波动。
以直流电压为例，故障发生后直流电压除了包含直流分量、基频分量，还有二倍频分量，以及本身由于整流不可避免的高频分量。直流电压Udc可表示如下：
其中Udc0是稳态时的直流分量，Udcn是n次谐波分量的幅值，是n次谐波分量的相位
通过上式，分别用滤波器和积分的方法实现二倍频分量的提取。
设置合理的阀值Uset形成故障判据
在稳态下进行多次计算，并将相应的结果作为阀值Uset
当检测的值U≥KlUset时，则判断为交流侧发生不对称故障，并采取相应的保护措施。
其中Kl为灵敏度系数，Kl的选取既要防止噪声等非故障因素导致的保护误判，又要保证判据的灵敏度。
Claims (1)
1.基于直流侧电气量的MMC-HVDC交流侧不对称故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、实时监测换流站出口处的直流电压，并实时存储电压值Udc；
步骤2、将步骤1中存储的Udc与函数f(t)＝2cos2ω0t进行相乘，函数f(t)的采样频率与直流电压的采样频率保持一致；
步骤3、对步骤2中的相乘结果进行数据处理，提取故障特征量；
步骤4、建立故障判据
U1≥KlUset1 (1)
U2≥KlUset2 (2)
U1≥KlUset1&U2≥KlUset2 (3)
其中Kl为灵敏度系数；滤波器输出值U1为滤波输出的故障特征量，积分结果U2为积分计算出的故障特征量，Uset1为稳态时滤波输出的故障特征量阀值，Uset2为稳态时计算出的故障特征量阀值；根据步骤4中选采取的方法，若(1)(2)(3)式中有一个成立，则判定交流侧发生不对称故障，否则，判定非此故障；
所述步骤3的具体过程为采用基于滤波器或积分变换的方法进行故障特征量提取：
所述采用基于滤波器的方法进行故障特征量提取为，将步骤2中的相乘结果经滤波器，滤除交流分量，其中截止频率小于50Hz，滤波器输出值U1；在稳态时，二倍频分量很小，将滤波器输出值U1作为稳态时滤波输出的故障特征量阀值Uset1；
所述采用基于积分变换的方法进行故障特征量提取为，对步骤2中的相乘结果进行积分，选择长度为10ms的数据窗，随着系统运行，数据窗中的数据也在实时更新，对这10ms长度的数据进行积分，积分结果为U2；在稳态时，进行多次积分，将稳态的积分结果作为稳态时计算出的故障特征量阀值Uset2；
所述对这10ms长度的数据进行积分的步骤为
其中，Udc为直流电压，ω0为基波角频率，Udc0为稳态时的直流分量，Udcn为n次谐波分量的幅值、为n次谐波分量的相位。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611072690.7A CN106597217B (zh) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | 一种mmc-hvdc交流侧不对称故障诊断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611072690.7A CN106597217B (zh) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | 一种mmc-hvdc交流侧不对称故障诊断方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106597217A CN106597217A (zh) | 2017-04-26 |
| CN106597217B true CN106597217B (zh) | 2019-05-17 |
Family
ID=58593919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611072690.7A Expired - Fee Related CN106597217B (zh) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | 一种mmc-hvdc交流侧不对称故障诊断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106597217B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107171313B (zh) * | 2017-05-17 | 2020-07-14 | 华北电力大学 | 一种考虑负序分量的mmc系统简化电磁暂态建模方法 |
| CN108418236B (zh) * | 2018-02-08 | 2019-12-17 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种柔性多状态开关交流故障穿越方法 |
| CN109600064B (zh) * | 2018-12-05 | 2020-11-20 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 模块化多电平换流器交流不对称故障主回路计算方法、系统 |
| CN110954786B (zh) * | 2019-12-25 | 2021-12-10 | 青岛科技大学 | 基于hht的混合多端直流输电线路行波测距方法 |
| CN111308267B (zh) * | 2019-12-25 | 2021-12-10 | 青岛科技大学 | 基于c-evt的混合多端直流输电线路行波测距方法 |
| CN111551819B (zh) * | 2020-04-16 | 2022-04-29 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种微电网故障检测方法、装置及存储介质 |
| CN112485594B (zh) * | 2020-11-27 | 2022-09-02 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种交流电网电压故障程度检测方法及系统 |
| CN113341273B (zh) * | 2021-06-03 | 2023-09-05 | 广州兆和电力技术有限公司 | 面向特高压直流故障检测的宽频测量方法、装置和系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102735938A (zh) * | 2012-07-09 | 2012-10-17 | 华北电力大学（保定） | 一种电网电压基波正序相角的快速检测方法 |
| CN105119509A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-12-02 | 上海电力设计院有限公司 | 适用于不对称交流电网的mmc直接环流抑制方法 |
| CN106058826A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-10-26 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种混合型直流输电系统受端交流侧故障处理方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9806633B2 (en) * | 2015-02-06 | 2017-10-31 | Indian Institute Of Technology Bombay | Modular multilevel current source and voltage source converters to increase number of output current levels and output voltage levels |
-
2016
- 2016-11-28 CN CN201611072690.7A patent/CN106597217B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102735938A (zh) * | 2012-07-09 | 2012-10-17 | 华北电力大学（保定） | 一种电网电压基波正序相角的快速检测方法 |
| CN105119509A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-12-02 | 上海电力设计院有限公司 | 适用于不对称交流电网的mmc直接环流抑制方法 |
| CN106058826A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-10-26 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种混合型直流输电系统受端交流侧故障处理方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MMC桥臂不对称运行特性分析及子模块故障下的控制策略;李可军 等;《高电压技术》;20161031;第42卷(第10期);3059-3067 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106597217A (zh) | 2017-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106597217B (zh) | 一种mmc-hvdc交流侧不对称故障诊断方法 | |
| Zhang et al. | Fault analysis and traveling-wave protection scheme for bipolar HVDC lines | |
| WO2015081826A1 (zh) | 电力线路保护方法 | |
| US9739821B2 (en) | Arc detection | |
| Yin et al. | Islanding detection using proportional power spectral density | |
| WO2020015277A1 (zh) | 一种基于全景信息的弧光故障识别装置及方法 | |
| CN107462764A (zh) | 一种电压暂降检测与刻画的自动分段方法 | |
| CN106066437B (zh) | 一种金属氧化物避雷器在线监测装置及其监测方法 | |
| RU2557017C2 (ru) | Идентификация и направленное детектирование короткого замыкания в трехфазной энергосистеме | |
| CN111651721B (zh) | 一种基于时空关联矩阵的反窃电预警方法 | |
| CN103336205B (zh) | 一种两个谐波电流同时注入时的孤岛效应检测系统及方法 | |
| CN103149494B (zh) | 三相电网电压短路故障诊断方法 | |
| Morsi et al. | A new islanding detection approach using wavelet packet transform for wind-based distributed generation | |
| CN103439633A (zh) | 一种小电流接地故障选线装置 | |
| CN103529347A (zh) | 一种基于谐波分析的级联逆变器h桥单元故障检测方法 | |
| CN110174585B (zh) | 一种双调谐交流滤波器的高压电容器断路故障的识别方法 | |
| CN105425171A (zh) | 一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法 | |
| CN106324406A (zh) | 一种变压器直流偏磁故障诊断方法及装置 | |
| CN105929297A (zh) | 一种基于高频分量相关度的接地故障选线方法 | |
| CN102798758B (zh) | 并联电容器组串联电抗率的测量方法和系统 | |
| CN103439624A (zh) | 基于电压故障分量的超高压线路故障选相方法 | |
| Tajani et al. | A novel differential protection scheme for AC microgrids based on discrete wavelet transform | |
| CN102082420B (zh) | 输电线路的纵差保护方法 | |
| CN104062555B (zh) | 配电线路高阻接地故障特征谐波的辨识方法 | |
| CN106026040A (zh) | 一种防止采样异常大数的母线差动保护方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190517 Termination date: 20201128 |