CN110048393B - 基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法及装置，所述方法包括以下步骤：S1：获取故障录波数据，在监测到扰动事件时，确定扰动发生时间；S2：根据所述扰动发生时间，计算线电压的暂态电压扰动量；S3：根据所述暂态电压扰动量，计算线电压暂态扰动电压时间积；S4：根据线电压暂态扰动电压时间积，获得各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果；S5：基于所述评价结果对交流系统的暂态电压扰动进行抑制。与现有技术相比，本发明具有可靠性高等优点。

Description

基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及直流系统运行技术和电力系统电磁暂态分析领域，尤其是涉及一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法及装置。

背景技术

通过特高压输电技术，构建坚强、智能的全球能源互联网，是未来世界能源发展的重要方向。国家电网积极推进发展特高压电网，目前已建成多条特高压交直流输电线路，在送端和受端均形成了密集接入的区域，我国已经成为世界上电压等级最高、交直流混联电网规模最大的国家。然而，随着国网公司以特高压电网为主网架的“九交十三直”大规模直流输电工程的建设投运，特高压、多落点交直流混联系统的逐步形成，电网特性发生了变化，交直流系统的协调运行成为关注的焦点，一旦发生相互干扰，可能导致系统停运，大量潮流的损失，无论是对受端电网，还是送端电网，可能带来大量甩机组，或甩负荷的风险，甚至导致大面积停电的巨大风险。

从调度运行提供的数据看，多个超特高压直流输电工程投运以来，已多次遭受交流电网故障及未明原因的干扰，导致直流闭锁、输送功率突然损失，对电网稳定运行产生不利影响。受到负荷变化、开关操作、接地故障或者其他干扰的影响，系统电压u并不是幅值和频率一成不变的标准正弦波。特别是对于开关操作和接地故障，系统电压中会存在较为强烈的暂态电压扰动，包含了丰富的暂态分量，而这一电压扰动，则是影响直流系统运行的主要因素，但对于交流暂态电压扰动对直流系统的影响程度尚缺乏研究，导致无法对暂态电压扰动进行有效抑制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法，包括以下步骤：

S1：获取故障录波数据，在监测到扰动事件时，确定扰动发生时间；

S2：根据所述扰动发生时间，计算线电压的暂态电压扰动量；

S3：根据所述暂态电压扰动量，计算线电压暂态扰动电压时间积；

S4：根据线电压暂态扰动电压时间积，获得各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果；

S5：基于所述评价结果对交流系统的暂态电压扰动进行抑制。

进一步地，所述步骤S1中，监测扰动事件的具体过程包括：

S101：计算电压变化量的绝对值Δu：

式中，n_T为一个工频周波的采样点数，m为周波数，u_i为系统电压的故障录波数据，i为离散的采样点；

S102：判断是否存在连续超过设定点数n₀个采样点的Δu均大于设定幅值Δu_level，若是，则判定为存在扰动事件，并记录第一个Δu大于设定幅值Δu_level的采样点位置n₁。

进一步地，所述步骤S1中，确定扰动发生时间的具体过程包括：

S111：获取线性拟合的基础数据k₁和k₂：

k₁＝n₁-[p·n_f]，k₂＝n₁+[(1-p)·n_f]

式中，n_f为进行曲线拟合的点数，p为调节拟合数据相对n₁位置的系数；

S112：令y＝Δu(k₁:k₂)-Δu_m，x＝t(k₁:k₂)，并对数列(x,y)进行线性拟合，Δu_m为扰动电压平均值；

S113：求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

进一步地，所述步骤S2中，暂态电压扰动量的计算公式为：

du_l,i＝u_l,i+k·ps-u_l,i

式中，du_l为暂态电压扰动量，ps为标准周期的采样点数，u_l,i为系统线电压采样值，k为间隔周期数，i为离散的采样点。

进一步地，所述步骤S3中，线电压暂态扰动电压时间积的计算公式为：

式中，S为暂态扰动电压时间积，t₀为扰动发生时间，du_l为暂态电压扰动量。

本发明还提供一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制装置，包括存储器、处理器以及存储于所述存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1：获取故障录波数据，在监测到扰动事件时，确定扰动发生时间；

S2：根据所述扰动发生时间，计算线电压的暂态电压扰动量；

S3：根据所述暂态电压扰动量，计算线电压暂态扰动电压时间积；

S4：根据线电压暂态扰动电压时间积，获得各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果；

S5：基于所述评价结果对交流系统的暂态电压扰动进行抑制。

进一步地，所述步骤S1中，监测扰动事件的具体过程包括：

S101：计算电压变化量的绝对值Δu：

式中，n_T为一个工频周波的采样点数，m为周波数，u_i为系统电压的故障录波数据，i为离散的采样点；

S102：判断是否存在连续超过设定点数n₀个采样点的Δu均大于设定幅值Δu_level，若是，则判定为存在扰动事件，并记录第一个Δu大于设定幅值Δu_level的采样点位置n₁。

进一步地，所述步骤S1中，确定扰动发生时间的具体过程包括：

S111：获取线性拟合的基础数据k₁和k₂：

k₁＝n₁-[p·n_f]，k₂＝n₁+[(1-p)·n_f]

式中，n_f为进行曲线拟合的点数，p为调节拟合数据相对n₁位置的系数；

S112：令y＝Δu(k₁:k₂)-Δu_m，x＝t(k₁:k₂)，并对数列(x,y)进行线性拟合，Δu_m为扰动电压平均值；

S113：求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

进一步地，所述步骤S2中，暂态电压扰动量的计算公式为：

du_l,i＝u_l,i+k·ps-u_l,i

式中，du_l为暂态电压扰动量，ps为标准周期的采样点数，u_l,i为系统线电压采样值，k为间隔周期数，i为离散的采样点。

进一步地，所述步骤S3中，线电压暂态扰动电压时间积的计算公式为：

式中，S为暂态扰动电压时间积，t₀为扰动发生时间，du_l为暂态电压扰动量。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

1)本发明方法可以准确确定电磁暂态领域内对交流暂态扰动对换流阀运行特性的影响研究的时间起点，从而可获得准确的对直流换相失败影响程度，进而对扰动事件进行有效抑制。

2)本发明通过比较相邻周波的差异来检测扰动，具备较高的检测准确性，灵敏度高，可有效检测是否存在扰动事件。

3)本发明可促进交流系统暂态扰动的抑制的发展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明扰动发生时间的计算流程图；

图3为实施例中扰动电压时间积的分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法，包括以下步骤：

S1：获取故障录波数据，在监测到扰动事件时，确定扰动发生时间；

S2：根据所述扰动发生时间，计算线电压的暂态电压扰动量；

S3：根据所述暂态电压扰动量，计算线电压暂态扰动电压时间积；

S4：根据线电压暂态扰动电压时间积，获得各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果；

S5：基于所述评价结果对交流系统的暂态电压扰动进行抑制。

如图2所示，步骤S1的具体过程包括：

101、获取故障录波数据，可以为交流系统电压的实时录波数据或者触发型录波数据；

102、计算电压变化量的绝对值Δu：

Δu_i＝|u_i+m·ps-u_i|

式中，ps为一个工频周波的采样点数，m为周波数，u_i为系统电压的故障录波数据，i为离散的采样点；

103、判断当前采样点的Δu是否大于设定幅值Δu_level，若是，则执行步骤104，若否，则结束；

104、进一步判断满足步骤103的连续采样点个数是否大于超过设定点数n₀，若是，则判定为存在扰动事件，并记录第一个Δu大于设定幅值Δu_level的采样点位置n₁，幅值Δu_level和采样点数n₀可根据分析需要和采样率设置；

105、对于触发型录波数据，计算时间内的扰动电压的平均值Δu_m；对于实时录波数据，则计算/>前m个周波内的扰动电压的平均值Δu_m；

106、获取线性拟合的基础数据k₁和k₂：

k₁＝n₁-[p·n_f]，k₂＝n₁+[(1-p)·n_f]

式中，n_f为进行曲线拟合的点数，与采样率直接相关，p为调节拟合数据相对n₁位置的系数，0≤p≤1；

令y＝Δu(k₁:k₂)-Δu_m，x＝t(k₁:k₂)，并对数列(x,y)进行线性拟合，Δu_m为扰动电压平均值，Δu为变化量绝对值，t为时间；

107、求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

所述步骤S2中，暂态电压扰动量的计算公式为：

du_l,i＝u_l,i+k·ps-u_l,i

式中，du_l为暂态电压扰动量，ps为标准周期的采样点数，ps＝0.02·Sample，Sample为采样率，u_l,i为系统线电压采样值，单位为kV，k为间隔周期数，本实施例中，k＝2，i为离散的采样点。

所述步骤S3中，线电压暂态扰动电压时间积的计算公式为：

式中，S为暂态扰动电压时间积，单位为kV·s，t₀为扰动发生时间。

一般来说，采样时间间隔相等，则上式可简化为

式中，n₀为扰动发生时间t₀对应的采样点位置。

所述步骤S4中，获得的各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果具体包括弱影响、中影响和强影响。本实施例中，通过判断各线电压暂态扰动电压时间积与设定阈值的关系获得相应的评价结果，设定阈值包括s₁和s₂，如表1所示。设定阈值可根据实测观察法确定，样本越多，s₁和s₂越接近真值。对于不同直流输电系统，s₁和s₂的取值不同。

表1扰动电压时间积对换流站的影响程度定义

范围	影响程度	影响
			0-s1	弱影响	不会引起换相失败
s1-s2	中影响	可能会引起换相失败
			s2-∞	强影响	会引起换相失败

根据实测暂态电压数据，引起换相失败和未引起换相失败的两种类型的电压扰动事件的扰动电压时间积特征量的分布图如图3所示。从图中可以看出，对于这两类扰动事件，交流系统电压的扰动电压时间积具有相对较为明显的界线，也就是表现出了较为明显的阈值特性。该实施例中，s₁＝0.56，s₂＝0.58，中影响区域为空。

实施例2

本实施例提供一种与实施例1相对应的基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制装置，包括存储器、处理器以及存储于所述存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如实施例1所述的方法。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取故障录波数据，在监测到扰动事件时，确定扰动发生时间；

S2：根据所述扰动发生时间，计算线电压的暂态电压扰动量；

S3：根据所述暂态电压扰动量，计算线电压暂态扰动电压时间积；

S4：根据线电压暂态扰动电压时间积，获得各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果；

S5：基于所述评价结果对交流系统的暂态电压扰动进行抑制；

所述步骤S1中，监测扰动事件的具体过程包括：

S101：计算电压变化量的绝对值Δu：

式中，n_T为一个工频周波的采样点数，m为周波数，u_i为系统电压的故障录波数据，i为离散的采样点；

S102：判断是否存在连续超过设定点数n₀个采样点的Δu均大于设定幅值Δu_level，若是，则判定为存在扰动事件，并记录第一个Δu大于设定幅值Δu_level的采样点位置n₁；

所述步骤S1中，确定扰动发生时间的具体过程包括：

S111：获取线性拟合的基础数据k₁和k₂：

k₁＝n₁-[p·n_f]，k₂＝n₁+[(1-p)·n_f]

式中，n_f为进行曲线拟合的点数，p为调节拟合数据相对n₁位置的系数；

S112：令y＝Δu(k₁:k₂)-Δu_m，x＝t(k₁:k₂)，并对数列(x,y)进行线性拟合，Δu_m为扰动电压平均值，t为时间；

S113：求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

2.根据权利要求1所述的基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中，暂态电压扰动量的计算公式为：

du_l＝u_l,i+k·ps-u_l,i

式中，du_l为暂态电压扰动量，ps为标准周期的采样点数，u_l,i为系统线电压采样值，k为间隔周期数，i为离散的采样点。

3.根据权利要求1所述的基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制方法，其特征在于，所述步骤S3中，线电压暂态扰动电压时间积的计算公式为：

式中，S为暂态扰动电压时间积，t₀为扰动发生时间，du_l为暂态电压扰动量。

4.一种基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于所述存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1：获取故障录波数据，在监测到扰动事件时，确定扰动发生时间；

S2：根据所述扰动发生时间，计算线电压的暂态电压扰动量；

S3：根据所述暂态电压扰动量，计算线电压暂态扰动电压时间积；

S4：根据线电压暂态扰动电压时间积，获得各扰动事件对直流换相影响程度的评价结果；

S5：基于所述评价结果对交流系统的暂态电压扰动进行抑制；

所述步骤S1中，监测扰动事件的具体过程包括：

S101：计算电压变化量的绝对值Δu：

式中，n_T为一个工频周波的采样点数，m为周波数，u_i为系统电压的故障录波数据，i为离散的采样点；

S102：判断是否存在连续超过设定点数n₀个采样点的Δu均大于设定幅值Δu_level，若是，则判定为存在扰动事件，并记录第一个Δu大于设定幅值Δu_level的采样点位置n₁；

所述步骤S1中，确定扰动发生时间的具体过程包括：

S111：获取线性拟合的基础数据k₁和k₂：

k₁＝n₁-[p·n_f]，k₂＝n₁+[(1-p)·n_f]

式中，n_f为进行曲线拟合的点数，p为调节拟合数据相对n₁位置的系数；

S112：令y＝Δu(k₁:k₂)-Δu_m，x＝t(k₁:k₂)，并对数列(x,y)进行线性拟合，Δu_m为扰动电压平均值，t为时间；

S113：求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

5.根据权利要求4所述的基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制装置，其特征在于，所述步骤S2中，暂态电压扰动量的计算公式为：

du_l＝u_l,i+k·ps-u_l,i

式中，du_l为暂态电压扰动量，ps为标准周期的采样点数，u_l,i为系统线电压采样值，k为间隔周期数，i为离散的采样点。

6.根据权利要求4所述的基于直流换相影响程度的暂态电压扰动抑制装置，其特征在于，所述步骤S3中，线电压暂态扰动电压时间积的计算公式为：

式中，S为暂态扰动电压时间积，t₀为扰动发生时间，du_l为暂态电压扰动量。