CN114552644B - 一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，包括步骤1至步骤16；本发明的方法中交流滤波器选相合闸的录波数据，完整记录了整个动态过程，数据质量优于通过设备停电试验获得的测试参数。基于交流滤波器选相合闸的录波数据，设计了换流站交流滤波器选相合闸效果的判别方法，该方法可以通过录波数据，自动判别交流滤波器选相合闸效果是否满足要求、断路器的实际合闸动作时间与预设值是否产生偏差、选相合闸装置自身的控制精度是否满足要求，便于换流站维护人员根据选相合闸的判别结果，动态调整选相合闸装置的控制参数来修正断路器设备自身的离散特性。对于选相合闸装置的控制精度，也提供了校核方法和数据支撑。

Description

一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别 方法

技术领域

本发明属于滤波器选相合闸效果判别技术领域，具体涉及一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法。

背景技术

高压直流换流站，均使用选相合闸装置对交流滤波器中的断路器进行选相合闸控制。选相合闸装置实时采集系统参考电压，随机接收来自于控制系统的合闸启动命令，按照设定的断路器合闸动作时间定值进行提前预测，并通过控制合闸命令的出口延时，达到控制断路器在预期目标角度接通的目的，大大降低合闸操作暂态过程中的过电流和过电压，延长设备的寿命和提高电力系统的稳定性。

选相合闸，是由选相合闸装置和断路器共同实现，其中任何一个环节的偏差都会直接影响最终的选相控制效果。然而，断路器设备结构复杂，涉及机械、电气及工作环境等多方面因素，因此，断路器的实际合闸动作时间具有一定的离散特性。另外，选相合闸装置也缺乏相应的定期检验标准和检验方法，无法对选相合闸装置的控制精度进行校核。

交流滤波器属于容性设备，对交流系统起到电压支撑作用。一旦交流滤波器选相合闸效果太差，将会对交流系统造成很大的电压冲击，造成换流站控制系统识别为交流系统发生短路故障，从而触发错误的控制调节，影响换流站的直流功率传输和交流系统的稳定性。

现有技术中存在如下方法：

1、利用停电维护机会，对交流滤波器中的断路器进行合闸动作试验，测试断路器动静触头由分到合的动作时间，并将该时间作为选相合闸装置的预设控制参数之一。该方法没有考虑断路器实际合闸过程中，存在因高电压作用而产生空气击穿的现象，造成测试所得的合闸动作时间不准确；

(2)在方法(1)的基础上，选择特定的空气击穿模型求解断路器实际的合闸动作时间，计算过程复杂，且击穿模型数量较多、模型本身受到断路器合闸期间空气、湿度、电场强度等环境因素影响，计算出来的合闸时间准确度不高。

(3)利用断路器机构内部的合闸行程接点闭合时间(断路器动静触发完全接触后，合闸行程接点由断开变为闭合)，作为断路器的合闸动作时间，因行程接点本身闭合速度较慢且每次闭合的速度不稳定，时间精度偏差较大。

针对换流站传输功率大、停电维护时间短、交流滤波器数量多的特点，在交流滤波器停电期间，即交流滤波器所连接的500kV母线(简称，500kV交流滤波器母线)停电，对断路器测试所得的合闸动作时间，与500kV交流滤波器母线带电情况下的实际合闸动作时间相差较大，且断路器合闸是一个复杂的电磁暂态过程，实际的合闸动作时间经常受高电压、空气击穿等因素影响而具有离散特性。因此，有必要针对交流滤波器中断路器合闸的离散特性，设计一种换流站交流滤波器选相合闸效果的判别方法，便于动态调整选相合闸装置的控制参数(断路器合闸动作时间、合闸目标角度)来修正设备自身的离散特性。

另外，当交流滤波器选相合闸效果不佳时，往往因为难以区分是控制参数与交流滤波器的动作特性不匹配，还是选相合闸装置的控制精度劣化，无法制定正确的维护措施，也无法实现动态调整交流滤波器的选相合闸效果，给换流站的安全稳定运行带来了安全隐患。

为此我们提出一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法来解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，该方法可以根据交流滤波器选相合闸的录波数据，自动判别交流滤波器选相合闸的效果是否满足要求、断路器的实际合闸动作时间以及选相合闸装置自身的控制精度是否满足要求，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，包括以下步骤：

步骤1、对录波数据中带有时间刻度标记的关键数据进行提取，包括交流滤波器A、B、C相电流，交流系统参考电压、选相合闸装置发出的交流滤波器A、B、C相合闸命令，并将这些关键数据，转换为一个二维数组；

在该数组中，同一采样时刻的录波数据作为数组元素存放在该数组的同一行，数组中各行数组元素与各采样时刻的录波数据一一对应；

步骤2、搜索数组中选相合闸装置发出的交流滤波器C相合闸命令，对于该数据，当发现由0变1的第一个数组元素，返回该数组元素在数组中的行号N_tc；

步骤3、在选相合闸装置发出交流滤波器C相合闸命令后，当交流滤波器C相连接到500kV交流滤波器母线时，交流滤波器C相才会产生负载电流；

因此，为了获得断路器合闸到位的准确时间，即断路器实际的合闸动作时间，首先计算C相合闸命令发出后，交流滤波器C相电流的最大值I_c_max，该电流最大值即为断路器动静触头之间空气击穿时的扰动电流；然后，再计算交流滤波器电流第一次达到I_c_max*(1-30％)的时间差，从而获取断路器的实际合闸动作时间；

步骤4、搜索数组中N_tc行以后的交流滤波器C相电流第一次达到I_c_max*(1-30％)的数组元素，并返回该数组元素的行号N_Ic；

步骤5、通过数组行号N_Ic，读取存取在同一行的500kV交流滤波器母线电压数组元素U_Ic；

步骤6、通过求取U_Ic与500kV交流滤波器母线电压最大值的比值，然后通过反余弦公式求取断路器的实际合闸角度θ_c；

步骤7、计算N_Ic与N_tc的差值，并乘以录波数据采集的时间间隔△t，即可得到交流滤波器C相的断路器实际合闸动作时间T_c，即T_c＝(N_Ic-N_tc)*△t；

步骤8、计算C相断路器实际合闸动作时间T_c与选相合闸装置控制参数中预设的合闸动作时间T_zc的差值△T_c；

步骤9、如果△T_c在[-0.1667，0.1667]的区间内，则判断为交流滤波器C相的断路器合闸动作时间没有产生较大的偏差，选相合闸效果良好，否则判断为交流滤波器C相选相合闸效果不佳，需要进一步分析是选相合闸装置的控制参数匹配程度较差，还是选相合闸装置的控制精度劣化；

步骤10、通过数组行号N_tc，读取存取在同一行的500kV交流滤波器母线电压数组元素U_N_tc；

步骤11、通过求取U_N_tc与500kV交流滤波器母线电压最大值的比值，然后通过反余弦公式求取选相合闸装置发出C相合闸命令时对应的母线电压角度θ_U_c；

步骤12、将选相合闸装置控制参数中预设的C相合闸动作时间T_zc进行量纲转换，转换为电气角度△θ_zc，并与θ_U_c进行求和运算，得到在预设控制参数下的理想选相合闸角度θ_yc，即θ_yc＝θ_U_c+△θ_zc；

步骤13、计算理想的选相合闸角度θ_yc与控制参数中预设的合闸角度之间θ_zc的差值△θ_c，即△θ_c＝θ_yc-θ_zc；

步骤14、如果△θ_c在[-3，3]的区间内，则判断为选相合闸装置控制精度满足误差要求，否则判断为选相合闸装置控制精度劣化，造成合闸命令的发出时刻存在提前或滞后的现象，需要对选相合闸装置进行维护或整体更换；

步骤15、根据上述步骤2～13的方法，分别获取交流滤波器A相和B相的选相合闸判别参数△T_a、△T_b、△θ_a、△θ_b；

步骤16、通过逻辑判据，综合判别△T_a、△T_b、△T_c、△θ_a、△θ_b、△θ_c之间的数值关系，最终判别出交流滤波器的选相合闸效果以及在选相合闸效果不佳时的问题所在。

优选的，步骤1中，交流系统参考电压即为500kV交流滤波器母线电压。

优选的，数组中各列数组元素，分别对应交流滤波器A、B、C相电流，500kV交流滤波器母线电压、选相合闸装置发出的交流滤波器A、B、C相合闸命令在不同采样时刻的录波数据。

优选的，步骤3中，考虑到交流滤波器选相合闸是一个动态的过程，在这过程中随着交流滤波器中的断路器动静触头距离越来越近，在500kV高电压的作用下，动静触头之间的空气将会被击穿，从而导致交流滤波器在断路器还没完全合闸到位，即断路器动静触头完全接触到位的情况下出现数值较大的扰动电流。

优选的，步骤9中，在△T_c在[-0.1667，0.1667]的区间内，根据选相合闸装置的技术规范要求，最终的选相合闸目标角度误差为±3°，交流系统一个周期的电气角度360°、对应的时间为20ms，将误差角度要求转换为时间量纲后，误差范围为±0.1667。

优选的，步骤14中，△θ_c在[-3，3]的区间内，最终的选相合闸目标角度误差为±3°。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)将带有时间标记的录波数据，转换存储在二维数组中，便于后续的计算和判别。

(2)在断路器实际合闸过程中，存在因高电压作用而产生空气击穿的现象，如果直接采用交流滤波器起流时刻(交流滤波器电流由0变成非零数值的时刻)，作为断路器的实际合闸动作时间，不仅不准确，而且选相合闸的效果难以保证。采用合闸命令发出后，交流滤波器电流第一次与电流峰值偏差30％的时刻，来计算断路器的实际合闸动作时间，更为准确。

(3)利用相关的空气击穿模型求解断路器实际的合闸动作时间，不仅计算过程复杂，且击穿模型各有侧重、模型本身受到断路器合闸期间空气、湿度等环境因素影响，计算出来的合闸时间准确度不高。采用基于录波数据的合闸动作时间计算，计算过程更简单、计算结果更准确，更能还原高电压对断路器合闸的电磁暂态影响过程。

(4)通过分析交流滤波器选相合闸的录波数据，提取实际的合闸动作时间和合闸角度，并与选相合闸装置中预设的控制参数(合闸动作时间和合闸角度)比较，满足设定的判据后，判别出交流滤波器的选相效果是否良好，有利于换流站维护人员实时掌握交流滤波器选相合闸效果的动态变化，便于在选相合闸效果不佳时及时制定相关的维护措施，避免换流站控制系统做出错误的控制调节，影响换流站的直流功率传输和交流系统稳定性。

(5)设定的交流滤波器选相合闸判别门槛值和逻辑判据，在选相合闸效果不佳时，能有效区分识别控制参数的匹配问题以及装置的控制精度问题，便于换流站维护人员制定正确的维护措施。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明滤波器选相合闸效果判别方法实施例中逻辑判据的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1所示的实施例：

一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，包括以下步骤：

步骤1、对录波数据中带有时间刻度标记的关键数据进行提取，包括交流滤波器A、B、C相电流，交流系统参考电压(即，500kV交流滤波器母线电压)、选相合闸装置发出的交流滤波器A、B、C相合闸命令，并将这些关键数据，转换为一个二维数组；

在该数组中，同一采样时刻的录波数据作为数组元素存放在该数组的同一行，数组中各行数组元素与各采样时刻的录波数据一一对应；数组中各列数组元素，分别对应交流滤波器A、B、C相电流，500kV交流滤波器母线电压、选相合闸装置发出的交流滤波器A、B、C相合闸命令在不同采样时刻的录波数据；

步骤2、搜索数组中选相合闸装置发出的交流滤波器C相合闸命令，对于该列数据，当发现由0变1的第一个数组元素，返回该数组元素在数组中的行号N_tc；

步骤3、在选相合闸装置发出交流滤波器C相合闸命令后，当交流滤波器C相连接到500kV交流滤波器母线时，交流滤波器C相才会产生负载电流；

考虑到交流滤波器选相合闸是一个动态的过程，在这过程中随着交流滤波器中的断路器动静触头距离越来越近，在500kV高电压的作用下，动静触头之间的空气将会被击穿，从而导致交流滤波器在断路器还没完全合闸到位(即，断路器动静触头完全接触到位)的情况下出现数值较大的扰动电流；

因此，为了获得断路器合闸到位的准确时间，即断路器实际的合闸动作时间，首先计算C相合闸命令发出后，交流滤波器C相电流的最大值I_c_max，该电流最大值即为断路器动静触头之间空气击穿时的扰动电流；然后，再计算交流滤波器电流第一次达到I_c_max*(1-30％)的时间差，从而获取断路器的实际合闸动作时间；

步骤4、搜索数组中N_tc行以后的交流滤波器C相电流第一次达到I_c_max*(1-30％)的数组元素，并返回该数组元素的行号N_Ic；

步骤5、通过数组行号N_Ic，读取存取在同一行的500kV交流滤波器母线电压数组元素U_Ic；

步骤6、通过求取U_Ic与500kV交流滤波器母线电压最大值的比值，然后通过反余弦公式求取断路器的实际合闸角度θ_c；

步骤7、计算N_Ic与N_tc的差值，并乘以录波数据采集的时间间隔△t，即可得到交流滤波器C相的断路器实际合闸动作时间T_c，即T_c＝(N_Ic-N_tc)*△t；

步骤8、计算C相断路器实际合闸动作时间T_c与选相合闸装置控制参数中预设的合闸动作时间T_zc的差值△T_c；

步骤9、如果△T_c在[-0.1667，0.1667]的区间内(根据选相合闸装置的技术规范要求，最终的选相合闸目标角度误差为±3°，交流系统一个周期的电气角度360°、对应的时间为20ms，将误差角度要求转换为时间量纲后，误差范围为±0.1667)，则判断为交流滤波器C相的断路器合闸动作时间没有产生较大的偏差，选相合闸效果良好，否则判断为交流滤波器C相选相合闸效果不佳，需要进一步分析是选相合闸装置的控制参数匹配程度较差，还是选相合闸装置的控制精度劣化；

步骤10、通过数组行号N_tc，读取存取在同一行的500kV交流滤波器母线电压数组元素U_N_tc；

步骤11、通过求取U_N_tc与500kV交流滤波器母线电压最大值的比值，然后通过反余弦公式求取选相合闸装置发出C相合闸命令时对应的母线电压角度θ_U_c；

步骤12、将选相合闸装置控制参数中预设的C相合闸动作时间T_zc进行量纲转换，转换为电气角度△θ_zc，并与θ_U_c进行求和运算，得到在预设控制参数下的理想选相合闸角度θ_yc，即θ_yc＝θ_U_c+△θ_zc；

步骤13、计算理想的选相合闸角度θ_yc与控制参数中预设的合闸角度之间θ_zc的差值△θ_c，即△θ_c＝θ_yc-θ_zc；

步骤14、如果△θ_c在[-3，3]的区间内(最终的选相合闸目标角度误差为±3°)，则判断为选相合闸装置控制精度满足误差要求，否则判断为选相合闸装置控制精度劣化，造成合闸命令的发出时刻存在提前或滞后的现象，需要对选相合闸装置进行维护或整体更换；

步骤15、根据上述步骤(2)～(13)的方法，分别获取交流滤波器A相和B相的选相合闸判别参数△T_a、△T_b、△θ_a、△θ_b；

步骤16、通过逻辑判据，综合判别△T_a、△T_b、△T_c、△θ_a、△θ_b、△θ_c之间的数值关系，最终判别出交流滤波器的选相合闸效果以及在选相合闸效果不佳时的问题所在，逻辑判据如图所示；

综上所述，交流滤波器选相合闸的录波数据，完整记录了交流滤波器连接500kV交流滤波器母线的整个动态过程(包括断路器合闸瞬间的空气击穿以及高电压作用于断路器合闸的电磁暂态过程)，数据质量优于通过设备停电试验获得的测试参数。因此，基于交流滤波器选相合闸的录波数据，设计了一种换流站交流滤波器选相合闸效果的判别方法。该方法可以录波数据，自动判别交流滤波器选相合闸效果是否满足要求、断路器的实际合闸动作时间与预设值是否产生偏差、选相合闸装置自身的控制精度是否满足要求，便于换流站维护人员根据选相合闸的判别结果，动态调整选相合闸装置的控制参数来修正断路器设备自身的离散特性。另外，对于选相合闸装置的控制精度，也提供了一种校核方法和数据支撑，便于对控制精度劣化的选相合闸装置进行整体更换。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对录波数据中带有时间刻度标记的关键数据进行提取，包括交流滤波器A、B、C相电流，交流系统参考电压、选相合闸装置发出的交流滤波器A、B、C相合闸命令，并将这些关键数据，转换为一个二维数组；

在该数组中，同一采样时刻的录波数据作为数组元素存放在该数组的同一行，数组中各行数组元素与各采样时刻的录波数据一一对应；

步骤2、搜索数组中选相合闸装置发出的交流滤波器C相合闸命令，对于该数据，当发现由0变1的第一个数组元素，返回该数组元素在数组中的行号N_tc；

步骤3、在选相合闸装置发出交流滤波器C相合闸命令后，当交流滤波器C相连接到500kV交流滤波器母线时，交流滤波器C相才会产生负载电流；

因此，为了获得断路器合闸到位的准确时间，即断路器实际的合闸动作时间，首先计算C相合闸命令发出后，交流滤波器C相电流的最大值I_c_max，该电流最大值即为断路器动静触头之间空气击穿时的扰动电流；然后，再计算交流滤波器电流第一次达到I_c_max*（1-30%）的时间差，从而获取断路器的实际合闸动作时间；

步骤4、搜索数组中N_tc行以后的交流滤波器C相电流第一次达到I_c_max*（1-30%）的数组元素，并返回该数组元素的行号N_Ic；

步骤5、通过数组行号N_Ic，读取存取在同一行的500kV交流滤波器母线电压数组元素U_Ic；

步骤6、通过求取U_Ic与500kV交流滤波器母线电压最大值的比值，然后通过反余弦公式求取断路器的实际合闸角度θ_c；

步骤7、计算N_Ic与N_tc的差值，并乘以录波数据采集的时间间隔△t，即可得到交流滤波器C相的断路器实际合闸动作时间T_c，即T_c=（N_Ic-N_tc）*△t；

步骤8、计算C相断路器实际合闸动作时间T_c与选相合闸装置控制参数中预设的合闸动作时间T_zc的差值△T_c；

步骤9、如果△T_c在[-0.1667，0.1667]的区间内，则判断为交流滤波器C相的断路器选相合闸效果良好，否则判断为交流滤波器C相选相合闸效果不佳，需要进一步分析是选相合闸装置的控制参数匹配程度较差，还是选相合闸装置的控制精度劣化；

步骤10、通过数组行号N_tc，读取存取在同一行的500kV交流滤波器母线电压数组元素U_N_tc；

步骤11、通过求取U_N_tc与500kV交流滤波器母线电压最大值的比值，然后通过反余弦公式求取选相合闸装置发出C相合闸命令时对应的母线电压角度θ_U_c；

步骤12、将选相合闸装置控制参数中预设的C相合闸动作时间T_zc进行量纲转换，转换为电气角度△θ_zc，并与θ_U_c进行求和运算，得到在预设控制参数下的理想选相合闸角度θ_yc，即θ_yc=θ_U_c+△θ_zc；

步骤13、计算理想的选相合闸角度θ_yc与控制参数中预设的合闸角度之间θ_zc的差值△θ_c，即△θ_c=θ_yc-θ_zc；

步骤14、如果△θ_c在[-3，3]的区间内，则判断为选相合闸装置控制精度满足误差要求，否则判断为选相合闸装置控制精度劣化，造成合闸命令的发出时刻存在提前或滞后的现象，需要对选相合闸装置进行维护或整体更换；

步骤15、根据上述步骤2～13的方法，分别获取交流滤波器A相和B相的选相合闸判别参数△T_a、△T_b、△θ_a、△θ_b；

步骤16、通过逻辑判据，综合判别△T_a、△T_b、△T_c、△θ_a、△θ_b、△θ_c之间的数值关系，最终判别出交流滤波器的选相合闸效果以及在选相合闸效果不佳时的问题所在。

2.根据权利要求1所述的一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，其特征在于：步骤1中，交流系统参考电压即为500kV交流滤波器母线电压。

3.根据权利要求2所述的一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，其特征在于：数组中各列数组元素，分别对应交流滤波器A、B、C相电流，500kV交流滤波器母线电压、选相合闸装置发出的交流滤波器A、B、C相合闸命令在不同采样时刻的录波数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，其特征在于：步骤3中，考虑到交流滤波器选相合闸是一个动态的过程，在这过程中随着交流滤波器中的断路器动静触头距离越来越近，在500kV高电压的作用下，动静触头之间的空气将会被击穿，从而导致交流滤波器在断路器还没完全合闸到位，即断路器动静触头完全接触到位的情况下出现扰动电流。

5.根据权利要求1所述的一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，其特征在于：步骤9中，在△T_c在[-0.1667，0.1667]的区间内，根据选相合闸装置的技术规范要求，最终的选相合闸目标角度误差为±3°，交流系统一个周期的电气角度360°、对应的时间为20ms，将误差角度要求转换为时间量纲后，误差范围为±0.1667。

6.根据权利要求1所述的一种基于录波数据的换流站交流滤波器选相合闸效果判别方法，其特征在于：步骤14中，△θ_c在[-3，3]的区间内，最终的选相合闸目标角度误差为±3°。