CN114172187A - 一种高压直流输电系统的监控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种高压直流输电系统的监控方法及装置。该方法包括计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，交流滤波器设置于交流母线上；根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；检测交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。与现有技术相比，本发明实施例的技术方案可以降低交流滤波器设备的损坏风险，降低高压直流输电系统运行的风险，提升高压直流输电系统的安全稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种高压直流输电系统的监控方法及装置。
背景技术
电网背景谐波通常用谐波电压源来描述，换流站的背景谐波电压是谐波研究中的一个重要特征参数，是交流滤波器设计时确定设备定值的关键参数。在交流滤波器设计中，由于高压直流输电工程尚未投运，无法直接获得直流换流站的背景谐波电压，目前通常是采用直流换流站近区变电站主母线的谐波电压作为背景谐波电压。
当高压直流输电工程投运后，由于直流换流站近区的交流系统网络结构发生变化、电力牵引负荷突增等原因，从而导致换流站的背景谐波条件发生变化，特别是交流侧的低次谐波增大，超出了交流滤波器设计时的背景谐波电压参数。
对于已投运的高压直流换流站，由于高压直流换流站的交流侧低次谐波增大，引起交流滤波器设备定值超过设计值及设备耐受能力、导致交流滤波器设备损坏，进而出现影响高压直流输电系统安全稳定运行的风险。
发明内容
本发明提供一种高压直流输电系统的监控方法及装置，以实现降低交流滤波器设备的损坏风险，降低高压直流输电系统运行的风险，提升高压直流输电系统的安全稳定性和可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种高压直流输电系统的监控方法，该监控方法包括：
计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，所述交流滤波器设置于交流母线上；
根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；
检测所述交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；
根据所述谐波畸变率和所述畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
可选地，所述畸变率阈值包括动作阈值和告警阈值；
根据所述谐波畸变率和所述畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控，包括：
当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值，且持续时间超过第一设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波动作信号；
当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值，且持续时间超过第二设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波告警信号。
可选地，计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流，包括：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流：
可选地，根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值，包括：
根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上的各次谐波的电压阈值；
根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。
可选地，根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值，包括：
确定交流母线上3次、5次和7次谐波的畸变率阈值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种高压直流输电系统的监控装置，该监控装置包括：
计算模块，用于计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，所述交流滤波器设置于交流母线上；
确定模块，用于根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；
检测模块，用于检测所述交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；
监控模块，用于根据所述谐波畸变率和所述畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
可选地，监控模块包括：
谐波动作信号发出单元，用于当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值，且持续时间超过第一设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波动作信号；
谐波告警信号发出单元，用于当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值，且持续时间超过第二设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波告警信号。
可选地，计算模块具体用于：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流：
可选地，确定模块包括：
电压阈值确定单元，用于根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上的各次谐波的电压阈值；
畸变率阈值确定单元，用于根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。
可选地，确定模块具体用于确定交流母线上3次、5次和7次谐波的畸变率阈值。
本实施例的技术方案通过计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，交流滤波器设置于交流母线上；根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；检测交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控；可以降低交流滤波器设备损坏风险，降低高压直流输电系统安全稳定运行的风险，提升高压直流输电系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种高压直流输电系统的监控方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的双调谐滤波器的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的高压直流输电系统谐波计算原理图；
图4是本发明实施例一提供的双调谐滤波器阻抗特性图；
图5是本发明实施例一提供的一种高压直流输电系统换流站控制系统监控方法的流程图；
图6是本发明实施例二提供的一种高压直流输电系统的监控装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种高压直流输电系统的监控方法的流程图，该高压直流输电系统的监控方法可以由高压直流输电系统的监控装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现。参考图1，监控方法的具体步骤如下：
S110、计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，交流滤波器设置于交流母线上。
交流滤波器是高压直流输电系统中常用且关键的设备。交流滤波器的主要作用是限制高压直流输电系统产生的谐波流入交流系统，以防止其对交流系统中其它设备的正常运行产生影响。
交流滤波器通常由电容、电感和电阻等器件串并联组成。图2是本发明实施例一提供的双调谐滤波器的结构示意图，示例性的，参考图2，交流滤波器设置于交流母线W上，交流滤波器可以包括第一电容C1、第一电感L1、第二电容C2、第二电感L2和电阻R。其中，第二电容C2、第二电感L2和电阻R并联后与第一电容C1、第一电感L1串联在一起。交流滤波器可以为双调谐滤波器。
具体的，可以分别计算交流滤波器中每一器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流。
S120、根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值。
具体的，图3是本发明实施例一提供的高压直流输电系统谐波计算原理图，参考图3，图3示例性地示出了一种高压直流换流系统实际设备的连接关系。该高压直流换流系统包括考虑不平衡因素的工频电压U1、背景谐波电压Uv、交流系统阻抗Zn、换流站交流滤波器阻抗Zf、交流母线W等。
图4是本发明实施例一提供的双调谐滤波器阻抗特性图，参考图4，图4横轴表示频率，纵轴表示阻抗。双调谐滤波器在性能上等同于两个单调谐滤波器，由于其可以调谐到两个谐振频率，因此能同时吸收对应的两个频率的谐波。如图4所示，频率大小为500和1000Hz的区间段内，存在两点f1和f2，由于f1和f2处的阻抗最小，通过的谐波电流最大，因此双调谐滤波器可同时消除两个频率的谐波。
可选地，根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值，包括：
根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上的各次谐波的电压阈值；
根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。
具体的，谐波电压是由谐波电流和配电系统上产生的阻抗导致的电压降。全波电压就是含有基波和谐波的总电压，基波电压是仅含有基波频率的电压。全波电压往往是畸变的正弦波，而基波电压则是标准的正弦波。因此，根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。各次谐波的电压阈值与基波电压的百分比即为畸变率阈值。
根据交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及根据换流站所配置的不同型式交流滤波器结构及阻抗特性可以计算出交流母线上的各次谐波的电压阈值；例如，当滤波器中一器件的最大谐波电压为a时，根据流换流系统的实际设备连接关系以及根据换流站所配置的不同型式交流滤波器结构及阻抗特性计算得到交流母线此时对于的n次谐波电压为b，则b为交流母线上n次谐波的电压阈值，当交流母线上的n次谐波电压大于b时，交流滤波器该期间上的谐波电压可能大于a，交流滤波器可能被损坏。根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。各次谐波的电压阈值与基波电压的百分比即为畸变率阈值。
S130、检测交流母线上的各次谐波的谐波畸变率。
其中，可以利用谐波实时监测装置监测换流站交流母线上各次谐波的电压，根据各次谐波的电压峰值与基波的比值得到各次谐波的谐波畸变率。
S140、根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
具体的，可以将检测到的交流母线上的各次谐波畸变率与交流母线上各次谐波的畸变率阈值进行比较，当某一次谐波的谐波畸变率大于对应的畸变率阈值时，发送相应的控制信号，保障高压直流输电系统的安全稳定运行。
本实施例的技术方案通过计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，交流滤波器设置于交流母线上；根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；检测交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控；可以降低交流滤波器设备损坏风险，降低高压直流输电系统安全稳定运行的风险，提升高压直流输电系统的可靠性。
可选地，畸变率阈值包括动作阈值和告警阈值；
根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控，包括：
当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值，且持续时间超过第一设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波动作信号；
当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值，且持续时间超过第二设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波告警信号。
图5是本发明实施例提供的一种高压直流输电系统换流站控制系统监控方法的流程图，参考图5，具体地，该监控方法包括以下步骤：
S201、计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，交流滤波器设置于交流母线上。
S202、根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值。
S203、检测交流母线上的各次谐波的谐波畸变率。
S204、根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
S205、判断交流母线上的i次谐波的畸变率是否大于i次谐波的动作阈值且持续时间超过第一设定时间。若是，则执行S206。若否，则执行S207。
S206、发出换流站交流母线谐波动作信号。
S207、判断交流母线上的i次谐波的畸变率是否大于i次谐波的告警阈值且持续时间超过第二设定时间。若是，则执行S208。若否，则返回执行S204。
S208、发出换流站交流母线谐波告警信号。
谐波分析及发出信号装置分析谐波实时监测数据，得到低次谐波电压畸变率及持续时间超过设定时间信息，当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值且持续时间超过第一设定时间时，发出动作信号，例如发出断闸控制信号；当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值且持续时间超过第二设定时间时，发出告警信号。具体可以通过输出端口向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流侧母线谐波告警信号或动作信号。
可选地，计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流，包括：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流：
具体的，交流滤波器中各器件可以为电阻、电容或电感。交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压采用算数和，计算公式为
其中，Un为器件最大可承受的n次谐波电压，n的取值可以从1到50，Utotal为器件所有最大可承受的1-50次谐波电压的代数和；交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流采用几何和，计算公式为
其中，In为器件最大可承受的n次谐波电流，n的取值可以从1到50，Itot为器件所有最大可承受的1-50次谐波电流的几何和。
可选地，根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值，包括：确定交流母线上3次、5次和7次谐波的畸变率阈值。
具体的，主要影响系统安全的为交流母线上3次、5次和7次谐波，采用上述监控方法确定交流母线3次、5次和7次的低次谐波畸变率阈值，并根据谐波超限情况分别发出告警和动作信号，有利于降低交流滤波器设备损坏风险，降低高压直流输电系统安全稳定运行的风险，有利于提升高压直流输电系统的可靠性。
实施例二
本发明实施例还提供了一种高压直流输电系统的监控装置，该高压直流输电系统的监控装置可由软件和/或硬件实现，用于执行本发明任意实施例所提供的监控方法，其技术原理和产生的效果类似，不再赘述。图6是本发明实施例二提供的一种高压直流输电系统的监控装置的结构示意图，参考图6，该高压直流输电系统的监控装置包括：
计算模块301，用于计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，交流滤波器设置于交流母线上；
确定模块302，用于根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；
检测模块303，用于检测交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；
监控模块304，用于根据谐波畸变率和畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
上述装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
可选地，监控模块包括：
谐波动作信号发出单元，用于当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值，且持续时间超过第一设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波动作信号；
谐波告警信号发出单元，用于当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值，且持续时间超过第二设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波告警信号。
可选地，计算模块具体用于：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流：
可选地，确定模块包括：
电压阈值确定单元，用于根据最大谐波电压、最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上的各次谐波的电压阈值；
畸变率阈值确定单元，用于根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。
可选地，确定模块具体用于确定交流母线上3次、5次和7次谐波的畸变率阈值。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种高压直流输电系统的监控方法，其特征在于，包括：
计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，所述交流滤波器设置于交流母线上；
根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；
检测所述交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；
根据所述谐波畸变率和所述畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
2.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，所述畸变率阈值包括动作阈值和告警阈值；
根据所述谐波畸变率和所述畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控，包括：
当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值，且持续时间超过第一设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波动作信号；
当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值，且持续时间超过第二设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波告警信号。
3.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流，包括：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值，包括：
根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上的各次谐波的电压阈值；
根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值，包括：
确定交流母线上3次、5次和7次谐波的畸变率阈值。
6.一种高压直流输电系统的监控装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于计算交流滤波器中各器件可承受的最大谐波电压和最大谐波电流；其中，所述交流滤波器设置于交流母线上；
确定模块，用于根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上各次谐波的畸变率阈值；
检测模块，用于检测所述交流母线上的各次谐波的谐波畸变率；
监控模块，用于根据所述谐波畸变率和所述畸变率阈值对高压直流输电系统进行监控。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，监控模块包括：
谐波动作信号发出单元，用于当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的动作阈值，且持续时间超过第一设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波动作信号；
谐波告警信号发出单元，用于当交流母线上的i次谐波的畸变率大于i次谐波的告警阈值，且持续时间超过第二设定时间时，向高压直流输电系统的换流站控制系统发出换流站交流母线谐波告警信号。
8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，计算模块具体用于：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电压：
采用如下公式计算交流滤波器每一器件可承受的最大谐波电流：
9.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，确定模块包括：
电压阈值确定单元，用于根据所述最大谐波电压、所述最大谐波电流、高压直流换流系统的实际设备连接关系以及交流滤波器的阻抗特性确定交流母线上的各次谐波的电压阈值；
畸变率阈值确定单元，用于根据各次谐波的电压阈值和基波电压确定畸变率阈值。
10.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，确定模块具体用于确定交流母线上3次、5次和7次谐波的畸变率阈值。
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