CN111722055B - 一种基于感性模糊识别的mmc直流输电线路单极接地故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。当直流输电线路发生故障后，在线路测量点采集线路的正、负极电压和电流，首先计算电流变化率与电压的相关系数，并定义正极线路与负极线路相关系数的比值为感性模糊系数D_j，利用感性模糊系数的符号来进行单极接地故障的判断，若感性模糊系数为负值，则判断为单极接地故障，再根据感性模糊系数的绝对值大小来确定故障极，若小于1则为正极接地故障，若大于1则为负极接地故障。本发明能识别单极接地故障，并能够判断出故障极，可为将来智能电网的大数据库提供支撑。

Description

一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识 别方法

技术领域

本发明涉及一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

近年来，可再生能源在全球范围内蓬勃发展，大量渗透到电网中已成为一种普遍现象，被发达国家和发展中国家视为智能电网的未来趋势。然而，其固有的高随机性和间歇性不可避免地导致了诸多问题，特别是可再生能源通常远离负荷中心，有效的远距离大容量输电对于保证可靠可控的电力供应至关重要。直流输电由于其技术和经济上的独特优势，在远距离大容量输电和大区联网中得到广泛应用。直流输电系统能够在全世界迅速发展，除了其具有远距离大容量输电的优点外，还因为其能够实现异步互联。MMC(模块化多电平换流器modular multilevel converter)是一种新型的拓扑结构，能够有效地补偿晶闸管换流变换器的缺陷，解决传统的二、三电平电压源变换器开关频率高、损耗大的问题。MMC的子模块结构相对简单，易于控制，可以方便地扩展到高电压、大容量的领域，因此对该领域的研究显得尤为重要。直流输电线路发生单极接地故障的概率较大，而对于伪双极直流输电系统，发生单极接地故障时，故障电流较小，快速识别故障的难度较高。暂态过后，故障极电压降低至零，非故障极电压幅值上升一倍。这就对直流输电线路绝缘有较高水平的要求，因此能够快速识别单极接地故障有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识别方法，能有效识别单极接地故障，并能判断出故障极，有较强的耐受过渡电阻能力。

本发明的技术方案是：一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识别方法，当直流输电线路发生故障后，在线路测量点采集线路的正、负极电压和电流，首先计算电流变化率与电压的相关系数，并定义正极线路与负极线路相关系数的比值为感性模糊系数D_j(j＝R或j＝I)，利用感性模糊系数的符号来进行单极接地故障的判断，若感性模糊系数为负值，则判断为单极接地故障，再根据感性模糊系数的绝对值大小来确定故障极，若小于1则为正极接地故障，若大于1则为负极接地故障。

具体步骤为：

Step1：当MMC直流输电线路发生故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，并利用相关系数的离散表达式来求得电流变化率与对应电压的相关系数：

式中，x，y为两个不同的变量，其中x＝{x₁,x₂,...,x_k}，y＝{y₁,y₂,…,y_k}，k为采样点数。

ρ_m＝ρ(di_m/dt,u_m) (2)

式中，m＝p或n，p表示正极线路，n表示负极线路，di_m/dt表示电流变化率。

Step2：计算正极线路与负极线路相关系数的比值D，并定义这个比值为感性模糊系数，表示为：

Step3：若感性模糊系数小于零，则判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障。

D＜0 (4)

Step4：根据感性模糊系数的绝对值大小来判断是正极接地故障还是负极接地故障，表示为：

Step5：若不满足公式(5)，则返回Step1重新进行计算。

本发明的有益效果是：本发明能识别单极接地故障，并能够判断出故障极，可为将来智能电网的大数据库提供支撑。

附图说明

图1是本发明实施例中MMC直流输电系统结构图；

图2是本发明正极接地故障在不同故障位置和不同过渡电阻时的感性模糊系数图；

图3是本发明正极接地故障的相关系数图；

图4是本发明双极短路的相关系数图；

图5是本发明交流侧故障的相关系数图，图中，1为整流侧发生单相接地故障(A-G)，2为整流侧发生两相接地故障(AB-G)，3为整流侧发生三相短路(ABC)，4为逆变侧发生单相接地故障(A-G)，5为逆变侧发生两相接地故障(AB-G)，6为逆变侧发生三相短路(ABC)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1-5所示，一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识别方法，当直流输电线路发生故障后，在线路测量点采集线路的正、负极电压和电流，首先计算电流变化率与电压的相关系数，并定义正极线路与负极线路相关系数的比值为感性模糊系数D_j(j＝R或j＝I)，利用感性模糊系数的符号来进行单极接地故障的判断，若感性模糊系数为负值，则判断为单极接地故障，再根据感性模糊系数的绝对值大小来确定故障极，若小于1则为正极接地故障，若大于1则为负极接地故障。

具体步骤为：

Step1：当MMC直流输电线路发生故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，并利用相关系数的离散表达式来求得电流变化率与对应电压的相关系数：

式中，x，y为两个不同的变量，其中x＝{x₁,x₂,…,x_k}，y＝{y₁,y₂,…,y_k}，k为采样点数。

ρ_m＝ρ(di_m/dt,u_m) (2)

式中，m＝p或n，p表示正极线路，n表示负极线路，di_m/dt表示电流变化率。

Step2：计算正极线路与负极线路相关系数的比值D，并定义这个比值为感性模糊系数，表示为：

Step3：若感性模糊系数小于零，则判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障。

D＜0 (4)

Step4：根据感性模糊系数的绝对值大小来判断是正极接地故障还是负极接地故障，表示为：

Step5：若不满足公式(5)，则返回Step1重新进行计算。

实施例1：建立如附图1所示的MMC直流输电系统作为仿真模型。联接变压器交流侧均采用星形联结，中性点直接接地；联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，直流侧经钳位电阻接地。直流电压为±320kV，输电线路400km，设在正极线路180km处发生金属性短路故障。

第一步：MMC直流输电系统故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，根据公式(1)和(2)得到ρ_p＝0.4853，ρ_n＝-0.5857；

第二步：根据公式(3)计算感性模糊系数，得到D＝-0.829；

第三步：根据公式(4)可以判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障；

第四步：若判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障，再根据公式(5)判断是发生了正极接地故障。

实施例2：建立如附图1所示的MMC直流输电系统作为仿真模型。联接变压器交流侧均采用星形联结，中性点直接接地；联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，直流侧经钳位电阻接地。直流电压为±320kV，输电线路400km，设在负极线路250km处发生金属性短路故障。

第一步：MMC直流输电系统故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，根据公式(1)和(2)得到ρ_p＝-0.496，ρ_n＝0.4148；

第二步：根据公式(3)计算感性模糊系数，得到D＝-1.196；

第三步：根据公式(4)可以判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障；

第四步：若判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障，再根据公式(5)判断是发生了负极接地故障。

实施例3：建立如附图1所示的MMC直流输电系统作为仿真模型。联接变压器交流侧均采用星形联结，中性点直接接地；联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，直流侧经钳位电阻接地。直流电压为±320kV，输电线路400km，设在线路320km处发生两极短路故障。

第一步：MMC直流输电系统故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，根据公式(1)和(2)得到ρ_p＝-0.423，ρ_n＝-0.4229；

第二步：根据公式(3)计算感性模糊系数，得到D＝1.000；

第三步：根据公式(4)可以判断MMC直流输电线路发生了其他类故障。

实施例4：建立如附图1所示的MMC直流输电系统作为仿真模型。联接变压器交流侧均采用星形联结，中性点直接接地；联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，直流侧经钳位电阻接地。直流电压为±320kV，输电线路400km，输送有功1169MW，设在整流侧发生交流系统三相短路故障。

第一步：MMC直流输电系统故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，根据公式(1)和(2)得到ρ_p＝0.2094，ρ_n＝0.2094；

第二步：根据公式(3)计算感性模糊系数，得到D＝1；

第三步：根据公式(4)可以判断MMC直流输电线路发生了其他类故障。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障识别方法，其特征在于：当直流输电线路发生故障后，在线路测量点采集线路的正、负极电压和电流，首先计算电流变化率与电压的相关系数，并定义正极线路与负极线路相关系数的比值为感性模糊系数D_j，利用感性模糊系数的符号来进行单极接地故障的判断，若感性模糊系数为负值，则判断为单极接地故障，再根据感性模糊系数的绝对值大小来确定故障极，若小于1则为正极接地故障，若大于1则为负极接地故障；

具体步骤为：

Step1：当MMC直流输电线路发生故障后，在输电线路量测点分别采集得到正、负极电压和电流u_p、u_n、i_p、i_n，并利用相关系数的离散表达式来求得电流变化率与对应电压的相关系数：

式中，x，y为两个不同的变量，其中x＝{x₁,x₂,...,x_k}，y＝{y₁,y₂,...,y_k}，k为采样点数；

ρ_m＝ρ(di_m/dt,u_m) (2)

式中，m＝p或n，p表示正极线路，n表示负极线路，di_m/dt表示电流变化率；

Step2：计算正极线路与负极线路相关系数的比值D，并定义这个比值为感性模糊系数，表示为：

Step3：若感性模糊系数小于零，则判断MMC直流输电线路发生了单极接地故障；

D＜0 (4)

Step4：根据感性模糊系数的绝对值大小来判断是正极接地故障还是负极接地故障，表示为：

Step5：若不满足公式(5)，则返回Step1重新进行计算。

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