CN110146778A - 交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法及装置，所述方法包括以下步骤：S1：获取故障录波数据；S2：根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件，若是，则执行步骤S3，若否，则返回步骤S1；S3：采用线性拟合法确定扰动发生时间。与现有技术相比，本发明具有可靠性高、简单方便等优点。

Description

交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法及装置

技术领域

本发明涉及交流系统暂态电压扰动技术领域，尤其是涉及一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法及装置。

背景技术

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。而目前对这些暂态过程对直流系统的影响尚缺乏研究。

随着直流输电系统容量越来越大，送受端直流接入点和落点越来越集中，与交流电网的相互作用越来越显著，相应交流系统的电磁暂态特征变得越来越重要，对已投运的特高压交直流混联系统的长期稳定运行提出了挑战。

故障发生时间的确定，是分析交流系统扰动对逆变站换相失败事件的影响的关键参数之一。但发生故障的时间、地点、故障形式均具有一定的随机性，而且交流电网结构复杂，故障发生时间的确定具有一定的难度。

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交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，包括以下步骤：

S1：获取故障录波数据；

S2：根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件，若是，则执行步骤S3，若否，则返回步骤S1；

S3：采用线性拟合法确定扰动发生时间。

进一步地，所述根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件具体为：

S201：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；

S202：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，所述采用线性拟合法确定扰动发生时间具体为：

S301：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；

S302：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；

S303：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，该方法还包括步骤：

S4：将扰动发生时间转化为扰动发生相位，具体地，

式中，为扰动发生相位，t_f为扰动发生时间，t_a扰动发生时间t_f前的第一个过零点时间。

进一步地，所述步骤S4还包括：

取t_f与t_a之间任取一个点，根据该点值的正负判定扰动发生的所处位置，具体地，若该点值为正，则扰动发生于正半周相位，若该点值为负，则扰动发生于负半周相位。

本发明还提供一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，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；

S2：根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件，若是，则执行步骤S3，若否，则返回步骤S1；

S3：采用线性拟合法确定扰动发生时间。

进一步地，所述根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件具体为：

S201：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；

S202：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，所述采用线性拟合法确定扰动发生时间具体为：

S301：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；

S302：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；

S303：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，所述处理器执行所述程序时还实现以下步骤：

S4：将扰动发生时间转化为扰动发生相位，具体地，

式中，为扰动发生相位，t_f为扰动发生时间，t_a扰动发生时间t_f前的第一个过零点时间。

进一步地，所述步骤S4还包括：

取t_f与t_a之间任取一个点，根据该点值的正负判定扰动发生的所处位置，具体地，若该点值为正，则扰动发生于正半周相位，若该点值为负，则扰动发生于负半周相位。

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，对该领域内的研究有着举足轻重的作用，促进在暂态领域内交直流电网的交互影响研究进程。

2)本发明扰动时间确定过程简单有效，效率高。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为故障发生时间示意图；

图3为故障发生时间在相电压上的表现示意图；

图4为实施例中两个换流站交流母线电压扰动相位分布直方图。

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

相同幅值的暂态电压扰动，其发生的相位不同，对直流系统的运行状态的影响是不同的。因此确定交流系统暂态电压扰动发生的相位，是分析交流系统暂态扰动对直流系统运行状态的影响的重要参量之一。当电网架构一定时，电网各站点的运行相位差取决于电网潮流，而当电网某一位置发生故障，则根据波的折反射原理，特定节点的扰动发生相位与该节点与故障点的位置直接相关。某电网节点上的电压扰动相位与故障点的故障相位并不一致。因此不可用故障点故障相位代表特定节点上的电压扰动相位，特别是在分析交流扰动对换流阀运行特性的影响分析中，需将交流母线上的电压扰动相位独立于故障相位之外考虑。

本发明提供一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，该方法根据故障录波数据判断是否存在扰动事件，并采用线性拟合法确定扰动发生时间。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

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：

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；

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。

以某换流站换相失败故障录波的事件为例，故障录波器采样率为10kHz，n_T＝200，m＝1，n₀＝n_f＝10，p＝0.4，Δu_level＝20kV。本例中，为了增大对扰动分析的灵敏度，将三相电压扰动的绝对值之和作为总扰动电压，即Δu＝|Δu_a|+|Δu_b|+|Δu_c|。根据以上步骤确定扰动发生时间附图2所示，图3是计算出的扰动发生时间在相电压波形上的体现。可以看出，本方法计算出的故障发生时间与波形突变一致。

从行波理论上讲，电网某处发生接地故障，相当于在故障时刻在故障点注入一定幅值的反向电压波，该反向电压波沿线路、变压器等各支路向各个方向传播，并在介质不均匀处发生折返射，引起所到之处的电压波形的畸变。因此利用某处电压计算出的扰动发生时间与物理故障发生的时间略有差异，该差异与故障点距电压监测处位置和网架结构有着密切关系。

实施例2

参考图1所示，本实施例提供的方法还包括步骤：

108、引入相位参考时间，将扰动发生时间转化为扰动发生相位，具体地，

式中，为扰动发生相位，t_f为扰动发生时间，t_a扰动发生时间t_f前的第一个过零点时间。

本实施例采集某地换流站1#和换流站2#近年来的故障录波数据，依据本发明提供的扰动相位确定方法，对引起换流站1#和换流站2#发生换相失败的交流扰动相位计算结果如图4所示。根据计算结果，1#直流工程换相失败案例的扰动相位主要集中在90°～126°，共占比70.7％，而2#直流工程换相失败案例的扰动相位主要集中在72°～108°，共占比73.3％。

实施例3

本实施例提供的方法中，在步骤108中，对扰动发生在正半周相位或负半周相位加以区分，具体地，取t_f与t_a之间任取一个点，根据该点值的正负判定扰动发生的所处位置，具体地，若该点值为正，则扰动发生于正半周相位，若该点值为负，则扰动发生于负半周相位。

实施例4

本实施例提供一种与实施例1相对应的交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，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以实现实施例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 (10)

1.一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取故障录波数据；

S2：根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件，若是，则执行步骤S3，若否，则返回步骤S1；

S3：采用线性拟合法确定扰动发生时间。

2.根据权利要求1所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，其特征在于，所述根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件具体为：

S201：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；

S202：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。

3.根据权利要求2所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，其特征在于，所述采用线性拟合法确定扰动发生时间具体为：

S301：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；

S302：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；

S303：求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

4.根据权利要求1所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

S4：将扰动发生时间转化为扰动发生相位，具体地，

式中，为扰动发生相位，t_f为扰动发生时间，t_a扰动发生时间t_f前的第一个过零点时间。

5.根据权利要求4所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

取t_f与t_a之间任取一个点，根据该点值的正负判定扰动发生的所处位置，具体地，若该点值为正，则扰动发生于正半周相位，若该点值为负，则扰动发生于负半周相位。

6.一种交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，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；

S2：根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件，若是，则执行步骤S3，若否，则返回步骤S1；

S3：采用线性拟合法确定扰动发生时间。

7.根据权利要求6所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，其特征在于，所述根据所述故障录波数据判断是否存在扰动事件具体为：

S201：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；

S202：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。

8.根据权利要求7所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，其特征在于，所述采用线性拟合法确定扰动发生时间具体为：

S301：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；

S302：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；

S303：求取拟合曲线x轴的零点x₀，则扰动发生时间t_f＝x₀。

9.根据权利要求6所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，其特征在于，所述处理器执行所述程序时还实现以下步骤：

S4：将扰动发生时间转化为扰动发生相位，具体地，

式中，为扰动发生相位，t_f为扰动发生时间，t_a扰动发生时间t_f前的第一个过零点时间。

10.根据权利要求9所述的交流系统暂态电压扰动发生时间确定装置，其特征在于，所述步骤S4还包括：

取t_f与t_a之间任取一个点，根据该点值的正负判定扰动发生的所处位置，具体地，若该点值为正，则扰动发生于正半周相位，若该点值为负，则扰动发生于负半周相位。