CN114336967A - 柔性直流输电受端交流断面失电监测方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法、装置及存储介质，属于直流输电技术领域。通过综合考虑受端联结变压器原边侧交流电压、交流电流以及受端换流站有功功率，有效避免了交流断面失电的误判；通过引入受端联结变压器原边侧交流电压的微分量，降低了交流电压有效值判断的阈值，进而加速了交流断面失电的判断。本发明为系统快速监测受端交流断面失电，第一时间采取故障保护措施提供了有利保障，方法简单，易于实现。

Description

柔性直流输电受端交流断面失电监测方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及柔性直流输电受端交流断面失电监测领域，尤其是涉及一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法、装置及存储介质。

背景技术

相较于常规直流输电系统，基于模块化多电平变流器的柔性直流输电系统具有可同时调节有功、无功功率，无需无功补偿，不存在换相失败问题，可向无源系统供电等多个优势，是未来直流输电系统的发展方向。

然而，对于大功率运行的柔性直流输电系统，其受端换流站交流断面失电故障带来的过电压问题危害了系统的可靠运行。受端交流断面失电指受端换流站的交流出线异常断开，导致受端换流站无法送出功率的情况。由于在受端换流站交流断面失电后，盈余的有功功率会注入模块化多电平变流的子模块的电容中，进而直流侧会出现过电压；同时盈余功率也会注入交流滤波电容中，进而交流侧也会出现过电压。对于受端换流站交流断面失电故障，在接收到故障信号后，工程上采取设置最后断路器保护逻辑，闭锁换流站来确保系统可靠运行。

因此，为确保系统第一时间判别交流断面失电故障，采取保护措施，亟需研究一种受端换流站交流断面失电监测方法，在不误判的前提下加快故障的识别速度。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法、装置及存储介质，提高识别率并降低误判率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，包括：

采集受端换流站联结变压器原边侧交流电压瞬时值U_ac，并计算得到交流电压有效值U_{ac_RMS}；

以预配置的周期计算交流电压有效值的导数U_{ac_RMS}’，并与预配置的第一设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th比较，若交流电压有效值的导数U_{ac_RMS}’超过预配置的第一设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th，则输出第一过程信号FLAG_A为高电平，反之则输出第一过程信号FLAG_A为低电平；

比较交流电压有效值U_{ac_RMS}和预配置的第二设定阈值(U_{ac_RMS})_th，若U_{ac_RMS}超过(U_{ac_RMS})_th，则输出第二过程信号FLAG_B为高电平，反之则输出第二过程信号FLAG_B为低电平；

将第一过程信号FLAG_A作为时钟输入，在其为高电平的时钟窗口内捕捉第二过程信号FLAG_B的上升沿并锁存，输出交流侧过电压信号第一标志位信号FLAG₁为高电平，反之则输出第一标志位信号FLAG₁为低电平；

采集受端换流站联结变压器原边侧交流电流瞬时值I_ac，计算得到电流有效值I_{ac_RMS}，并与预配置的第三设定阈值(I_{ac_RMS})_th比较，若电流有效值I_{ac_RMS}超过预配置的第三设定阈值(I_{ac_RMS})_th，则输出第二标志位信号FLAG₂为高电平，反之则输出第二标志位信号FLAG₂为低电平；

采集受端换流站联结变压器原边侧实际有功功率P_ac，计算其相对于受端换流站有功功率参考值P_{ac_ref}的相对误差ΔP_a，若所述超过相对误差ΔP_a超过预配置的第四设定阈值(ΔP_ac)_th，则输出第三标志位信号FLAG₃为高电平，反之则输出第三标志位信号FLAG₃为低电平；

当第一标志位信号FLAG₁、第二标志位信号FLAG₂和第三标志位信号FLAG₃均为高电平，则输出用于表征发生受端交流断面失电的诊断信号。

所述计算得到交流电压有效值U_{ac_RMS}，具体为：以半个市电周期为滑动窗口计算得到交流电压有效值U_{ac_RMS}。

所述计算得到电流有效值I_{ac_RMS}，具体为：以半个市电周期为滑动窗口计算得到电流有效值I_{ac_RMS}。

所有过程信号和标志位信号均经过消隐处理。

所述第一设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th取发生交流断面失电后交流侧电压有效值最大微分量的50％。

所述第二设定阈值(U_{ac_RMS})_th取正常工况下交流侧电压有效值的1.3倍。

所述第三设定阈值(I_{ac_RMS})_th取额定电流有效值的0.08倍。

所述第四设定阈值(ΔP_ac)_th取0.2。

一种柔性直流输电受端交流断面失电快速监测装置，包括存储器、处理器，以及存储于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上述的方法。

一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明可以降低受端交流断面失电的误判率，避免交直流侧故障干扰所带来的误判。

2、本发明可以提升受端交流断面失电的判别速度，避免交流侧电压有效值阈值过高所带来的判断延时。

附图说明

图1是本发明实施例中点对点式柔性直流输电系统拓扑结构图；

图2是本发明实施例中交流断面失电快速监测方法示意图；

图3是本发明实施例中交流断面失电后交流侧电压有效值微分量示意图；

图4是本发明实施例中交流断面失电后交流侧电压有效值示意图；

图5是本发明实施例中交流侧过电压判断示意图；

图6是本发明实施例中判据综合示意图；

图7是本发明实施例中交流断面失电最终判断结果示意图。

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。

图1为本申请提供的点对点两端柔性直流输电系统的拓扑结构图，其中MMC1表示为送端换流站，MMC2表示为受端换流站。本申请中受端交流断面失电指MMC2的交流出线，即与受端变压器联结部分发生了异常断开，导致送端有功功率发生了盈余，进而受端交直流侧发生过电压的情况。本实施例中假设在3s时刻发生了交流断面失电。

图2是本发明实施例中交流断面失电快速监测方法示意图，其中交流侧电压瞬时值U_ac，交流侧电流瞬时值I_ac，受端换流站实际有功功率P_ac，受端换流站有功功率参考值P_{ac_ref}为四个输入的原始信号；电压突变信号FLAG_A、电压过阈值信号FLAG_B分别作为第一过程信号和第二过程信号，交流侧过电压信号FLAG₁、交流侧电流失去信号FLAG₂、有功功率盈余信号FLAG₃分别作为第一标志位信号、第二标志位信号和第三标志位信号，最后FLAG为输出的交流断面失电的诊断信号。当各标志位信号置1时，代表判据满足。

一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，包括：

1)采集受端换流站联结变压器原边侧交流电压瞬时值U_ac，交流电流瞬时值I_ac，换流站实际有功功率P_ac，受端换流站有功功率参考值P_{ac_ref}作为受端交流断面失电监测的原始信号；

2)以半个市电周期为滑动窗口，计算交流侧电压有效值U_{ac_RMS}，并以ΔT为周期计算得到交流侧电压有效值U_{ac_RMS}的导数U_{ac_RMS}’，如式(1)所示：

其中，U_{ac_RMS}(k)为第k点的交流电压有效值数据，U_{ac_RMS}(k-1)为第k-1点的交流电压有效值数据；

3)将交流侧电压有效值微分量U_{ac_RMS}’与设定的阈值(U_{ac_RMS}’)_th进行比较，若超过阈值则进行消隐环节A处理，得到电压突变信号FLAG_A＝1；

4)将交流侧电压有效值U_{ac_RMS}与设定的阈值(U_{ac_RMS})_th进行比较，若超过阈值则进行消隐环节B处理，得到电压过阈值信号FLAG_B＝1；

5)将脉冲信号FLAG_A作为时钟输入，在时钟窗口(FLAG_A＝1)内捕捉FLAG_B的上升沿并锁存，输出交流侧过电压信号FLAG₁＝1；

6)以半个市电周期为滑动窗口，计算交流侧电流有效值I_{ac_RMS}，并与设定阈值(I_{ac_RMS})_th进行比较，若低于阈值则进行消隐环节C处理，得到交流侧电流失去信号FLAG₂＝1；

7)计算换流站实际有功功率P_ac相对于参考有功功率P_{ac_ref}的相对误差ΔP_ac，并与设定阈值(ΔP_ac)_th相比较，若超过阈值则进行消隐环节D处理，得到有功功率盈余信号FLAG₃＝1，有功功率相对误差如式(2)所示：

8)综合交流侧过电压信号FLAG₁、交流侧电流失去信号FLAG₂以及有功功率盈余信号FLAG₃，对三个信号进行与逻辑操作，当FLAG₁＝FLAG₂＝FLAG₃＝1满足时，输出受端交流断面失电信号FLAG＝1，判断受端发生了交流断面失电。

本申请通过引入交流侧电压有效值的微分量判据，有效识别交流侧过电压时的陡增趋势，使得交流侧电压有效值的阈值设定降低，加快了交流断面失电的判断速度；通过综合交流侧电压过压、交流侧电流失去以及有功功率盈余信号，可以准确而快速地对受端交流断面失电进行判别，有效降低了交流断面失电的误判率。

交流侧过电压、交流侧电流失去以及有功功率盈余三个条件必须同时满足，即FLAG₁＝FLAG₂＝FLAG₃＝1，否则不认为受端发生交流断面故障。每一个阈值判据都需要进行消隐处理，即判据成立必须保持一段时间，否则视为无效判据，不输出标志信号。

本实施例中，交流侧电压有效值微分量设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th的典型值为发生交流断面失电后交流侧电压有效值最大微分量的50％；交流侧电压有效值设定阈值(U_{ac_RMS})_th的典型值为正常工况下交流侧电压有效值的1.3倍；交流侧电流有效值设定阈值(I_{ac_RMS})_th的典型值为额定电流有效值的0.08倍；有功功率相对误差的设定阈值(ΔP_ac)_th的典型值为0.2。

图3是本发明实施例中交流断面失电后交流侧电压有效值微分量示意图，显然当受端交流断面失电故障发生后，交流侧电压有效值的陡增会使得U_{ac_RMS}’急剧增大，通过交流侧电压有效值微分量的阈值判据可以判别交流侧电压有效值存在陡增趋势。

图4是本发明实施例中交流断面失电后交流侧电压有效值示意图，当交流断面失电导致交流侧电压有效值上升后，通过交流侧电压有效值的阈值判据可以判别交流侧电压有效值超过了阈值。当交流侧电压有效值存在陡增趋势时，有效值的阈值设置可以降低，加快了交流失电的判别速度。

图5是本发明实施例中交流侧过电压判断示意图，当交流失电故障发生后，电压突变信号FLAG_A将输出一个脉冲标志信号，同时在该脉冲内电压过阈值信号FLAG_B将输出一个阶跃标志信号，FLAGB的上升沿将被锁存，认为交流侧发生了过电压。

图6是本发明实施例中判据综合示意图，当交流侧过电压、交流侧电流失去以及受端换流站有功功率盈余三个判据同时满足时，存在FLAG₁＝FLAG₂＝FLAG₃＝1。

图7是本发明实施例中交流断面失电最终判断结果示意图，对FLAG₁、FLAG₂以及FLAG₃进行与逻辑操作，当三个标志位信号同时为1时，则判断为发生了交流断面失电。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，包括：

采集受端换流站联结变压器原边侧交流电压瞬时值U_ac，并计算得到交流电压有效值U_{ac_RMS}；

以预配置的周期计算交流电压有效值的导数U_{ac_RMS}’，并与预配置的第一设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th比较，若交流电压有效值的导数U_{ac_RMS}’超过预配置的第一设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th，则输出第一过程信号FLAG_A为高电平，反之则输出第一过程信号FLAG_A为低电平；

比较交流电压有效值U_{ac_RMS}和预配置的第二设定阈值(U_{ac_RMS})_th，若U_{ac_RMS}超过(U_{ac_RMS})_th，则输出第二过程信号FLAG_B为高电平，反之则输出第二过程信号FLAG_B为低电平；

将第一过程信号FLAG_A作为时钟输入，在其为高电平的时钟窗口内捕捉第二过程信号FLAG_B的上升沿并锁存，输出交流侧过电压信号第一标志位信号FLAG₁为高电平，反之则输出第一标志位信号FLAG₁为低电平；

采集受端换流站联结变压器原边侧交流电流瞬时值I_ac，计算得到电流有效值I_{ac_RMS}，并与预配置的第三设定阈值(I_{ac_RMS})_th比较，若电流有效值I_{ac_RMS}超过预配置的第三设定阈值(I_{ac_RMS})_th，则输出第二标志位信号FLAG₂为高电平，反之则输出第二标志位信号FLAG₂为低电平；

采集受端换流站联结变压器原边侧实际有功功率P_ac，计算其相对于受端换流站有功功率参考值P_{ac_ref}的相对误差ΔP_a，若所述超过相对误差ΔP_a超过预配置的第四设定阈值(ΔP_ac)_th，则输出第三标志位信号FLAG₃为高电平，反之则输出第三标志位信号FLAG₃为低电平；

当第一标志位信号FLAG₁、第二标志位信号FLAG₂和第三标志位信号FLAG₃均为高电平，则输出用于表征发生受端交流断面失电的诊断信号。

2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所述计算得到交流电压有效值U_{ac_RMS}，具体为：以半个市电周期为滑动窗口计算得到交流电压有效值U_{ac_RMS}。

3.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所述计算得到电流有效值I_{ac_RMS}，具体为：以半个市电周期为滑动窗口计算得到电流有效值I_{ac_RMS}。

4.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所有过程信号和标志位信号均经过消隐处理。

5.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所述第一设定阈值(U_{ac_RMS}’)_th取发生交流断面失电后交流侧电压有效值最大微分量的50％。

6.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所述第二设定阈值(U_{ac_RMS})_th取正常工况下交流侧电压有效值的1.3倍。

7.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所述第三设定阈值(I_{ac_RMS})_th取额定电流有效值的0.08倍。

8.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电受端交流断面失电监测方法，其特征在于，所述第四设定阈值(ΔP_ac)_th取0.2。

9.一种柔性直流输电受端交流断面失电快速监测装置，包括存储器、处理器，以及存储于存储器中并由所述处理器执行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8中任一所述的方法。

10.一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-8中任一所述的方法。

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