CN114994461A - 直流输电线路的故障识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种直流输电线路的故障位置识别方法，本申请通过获取T区两侧的故障暂态电流与故障暂态电压，计算出T区两侧的故障功率暂态能量。然后通过判断T区两侧的故障功率暂态能量的正负特性，能够简单有效的进行故障方向的判别。接下来通过T区两侧的故障暂态电流计算T区两侧的固有模态能量熵，利用固有模态能量熵的大小来进一步准确识别直流输电线路是区内故障或区外故障。最后通过确定T区两侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的比值，来确定故障发生在直流输电线路的正极或负极，进一步提升故障识别的准确性。本申请能够准有效的识别出故障发生的位置，从而大大提升电路保护装置的保护可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统故障识别技术领域，尤其涉及一种直流输电线路的故障识别方法及装置。
背景技术
传统的直流输电大多为双端系统，仅能实现点对点的功率传输。其显著的特点是实现电能的交流汇集—直流输送—交流分散。特高压多端混合直流输电系统与传统的双端直流输电系统相比包含多个送端或受端，其中，送端通常采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)，受端通常采用具有故障自清除能力的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)并联接入，能够实现多电源供电、多落点受电，运行方式更为灵活。但直流输电工程线路距离长，输电走廊环境复杂，导致线路故障率较高，当发生直流故障后故障发展过程极快，特高压多端混合直流输电系统多个换流站故障出力的叠加使得线路过流等故障危害更加突出。目前，广泛用于直流输电线路的主保护是行波保护，但在实际运行中行波保护易受到波头信息提取不准确、整定值选取、高阻接地故障等因素影响，保护可靠性较差。
发明内容
第一方面，提供一种直流输电线路的故障位置识别方法，所述方法包括：
获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；
根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；
若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；
根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；
若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；
根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；
若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
第二方面，提供一种直流输电线路的故障位置识别装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；
第一计算模块，用于根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；
第一判断模块，用于若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；
第二计算模块，用于根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；
第二判断模块，用于若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；
第三计算模块，用于根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；
第三判断模块，用于若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器执行如下步骤：
获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；
根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；
若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；
根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；
若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；
根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；
若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；
根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；
若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；
根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；
若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；
根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；
若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
本申请可以实现如下有益效果：本申请通过获取T区两侧的故障暂态电流与故障暂态电压，计算出T区两侧的故障功率暂态能量。然后通过判断T区两侧的故障功率暂态能量的正负特性，能够简单有效的进行故障方向的判别。接下来通过T区两侧的故障暂态电流计算T区两侧的固有模态能量熵，利用固有模态能量熵的大小来进一步准确识别直流输电线路是区内故障或区外故障。最后通过确定T区两侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的比值，来确定故障发生在直流输电线路的正极或负极，进一步提升故障识别的准确性。本申请能够准有效的识别出故障发生的位置，从而大大提升电路保护装置的保护可靠性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种特高压三端混合直流输电系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种直流输电线路的故障位置识别方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种直流输电线路的故障位置识别方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种直流输电线路的故障位置识别方法的流程示意图；
图5a为本申请实施例提供的一种直流输电线路L1区内f1点接地故障时，固有模态能量熵随时间变化的曲线图；
图5b为本申请实施例提供的一种直流输电线路L1区外f2点接地故障时，固有模态能量熵随时间变化的曲线图；
图6为本申请实施例提供的一种直流输电线路的故障位置识别装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
本申请提出的一种直流输电线路的故障位置识别方法适用于特高压直流输电线路，具体的，适用于特高压三端混合直流输电系统。为了理解本方案，先对本方案适用的特高压三端混合直流输电系统进行解释。如图1所示，图1为一种特高压三端混合直流输电系统的结构示意图。根据昆柳龙特高压三端混合直流输电系统工程参数，在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建如图1所示的特高压三端混合直流输电系统仿真模型。其中，昆北换流站采用两组串联而成的LCC，每组LCC均由两组12脉冲换流器串联而成。逆变侧两个换流站(柳北换流站与龙门换流站)均采用MMC结构。直流输电线路L1全长为932km，沿线平均土壤电阻率为1750Ω·m，直流输电线路L2全长为554km，沿线平均土壤电阻率为2500Ω·m，均采用Frequency Dependent(Phase)Model Options模型。
图1所示的特高压三端混合直流输电系统中，直流输电线路的平波电抗器为天然的物理边界，高压直流输电线路分为区内、区外两部分。M1、M2、M3、M4分别为各线路正极与负极出口侧的保护装置，M1、M2、M3、M4的安装位置分别为各线路正极与负极出口侧的保护安装处。保护装置M1的保护范围覆盖正极端直流输电线路L1的长度，保护装置M2的保护范围覆盖正极端直流输电线路L2的长度，保护装置M3的保护范围覆盖负极端直流输电线路L1的长度，保护装置M4的保护范围覆盖负极端直流输电线路L2的长度。
其中，f1至f8为不同种类的故障位置，具体的：f1为正极端直流输电线路的区内的故障发生位置，f2为正极端直流输电线路的区外的故障发生位置；f3为正极端直流输电线路的区内的故障发生位置，f4为正极端直流输电线路的区外的故障发生位置；f5为负极端直流输电线路的区内的故障发生位置，f6为负极端直流输电线路的区外的故障发生位置；f7为负极端直流输电线路的区内的故障发生位置，f8为负极端直流输电线路的区外的故障发生位置。
以上便是对特高压三端混合直流输电系统的解释，与传统直流输电线路相比，图1所示的特高压三端混合直流输电系统的最大特点便是T区的存在，又因逆变侧MMC结构的存在，故需快速、有效的识别故障位置，以保护输电装置。
鉴于此，如图2所示，本申请提出一种直流输电线路的故障位置识别方法，所述方法包括：
步骤201，获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压。
其中，T区左侧保护安装处即保护装置M1与保护装置M3的安装位置，T区右侧保护安装处即保护装置M2与保护装置M4的安装位置。具体的，左侧故障暂态电流包括保护装置M1处(左侧正极)的故障暂态电流以及保护装置M3处(左侧负极)的故障暂态电流；左侧故障暂态电压包括保护装置M1处(左侧正极)的故障暂态电压以及保护装置M3处(左侧负极)的故障暂态电压。同理的，右侧故障暂态电流包括保护装置M2处(右侧正极)的故障暂态电流以及保护装置M4处(右侧负极)的故障暂态电流；右侧故障暂态电压包括保护装置M2处(右侧正极)的故障暂态电压以及保护装置M4处(右侧负极)的故障暂态电压。
在实际应用中，在获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压之前，还需要在故障发生时启动保护装置，以对输电线路进行保护。具体的，如图3所示，包括：
步骤2011，获取T区左侧保护安装处的左侧暂态电流与左侧暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧暂态电流与右侧暂态电压。
其中，左侧暂态电流包括保护装置M1处(左侧正极)的暂态电流以及保护装置M3处(左侧负极)的暂态电流；左侧暂态电压包括保护装置M1处(左侧正极)的暂态电压以及保护装置M3处(左侧负极)的暂态电压。同理的，右侧暂态电流包括保护装置M2处(右侧正极)的暂态电流以及保护装置M4处(右侧负极)的暂态电流；右侧暂态电压包括保护装置M2处(右侧正极)的暂态电压以及保护装置M4处(右侧负极)的暂态电压。
步骤2012，根据所述左侧暂态电流与左侧暂态电压与左侧暂态电压确定T区左侧的保护装置启动值；根据所述右侧暂态电流与右侧暂态电压确定T区右侧的保护装置启动值。
其中，根据以下保护装置启动值计算公式计算保护装置启动值。具体的，分别计算保护装置M1、保护装置M2、保护装置M3、保护装置M4的启动值。保护装置启动值计算公式如下：
ΔPstar＝Krel|ΔuΔi|>ΔPset；
其中，Δu为保护装置检测到的暂态电压，Δi为保护装置检测到的暂态电流，ΔPset为保护启动门槛值，Krel为输电系统的可靠系数，ΔPstar为保护装置启动值。在实际应用中，取ΔPset＝0.0028，取Krel＝1.2。
步骤2013，若预设连续采样点上所述T区左侧的保护装置启动值与所述T区右侧的保护装置启动值均大于预设启动值，则说明直流输电线路故障，启动保护装置。
其中，若T区左侧的保护装置以及T区右侧的保护装置均连续检测到预设采样点的保护装置启动值均大于预设启动值时，保护启动。然后获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压，进行故障位置的识别。例如，若保护装置M1与保护装置M2在连续3个采样点均检测到保护装置启动值均大于预设启动值，或，保护装置M3与保护装置M4在连续3个采样点均检测到保护装置启动值均大于预设启动值，则保护启动。
步骤202，根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量。
其中，根据以下故障功率暂态能量计算公式计算故障功率暂态能量。具体的，分别计算保护装置M1、保护装置M2、保护装置M3、保护装置M4处的故障功率暂态能量。故障功率暂态能量计算公式如下：
其中，ΔEM为故障功率暂态能量，N为保护启动后2ms时间窗内的采样点数，i＝1，2，…，N；ΔP’(i)为采样点数为i时的故障暂态功率的幅值变化量。
步骤203，若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障。
其中，本申请适用的特高压三端混合直流输电系统在保护安装处还安装有功率方向元件，用于检测保护安装处故障功率暂态能量的方向。
具体的，规定电流正方向为直流母线电流流向。若T区左侧区域发生接地故障，相当于在故障点接入一个反极性的故障电源，线路的暂态电流流向故障点，保护装置M1处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量为负值，保护装置M2处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量为正值；或，保护装置M3处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量为负值，保护装置M4处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量为正值。
若T区右侧区域发生接地故障，相当于在故障点接入一个反极性的故障电源，线路的暂态电流流向故障点，保护装置M1处检测到的故障功率暂态能量为正值，保护装置M2处检测到的故障功率暂态能量为负值；或，保护装置M3处检测到的故障功率暂态能量为正值，保护装置M4处检测到的故障功率暂态能量为负值。
因此，故障方向的判别方式如下：
或，
式中，
表示保护装置M1处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量，
表示保护装置M2处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量，
表示保护装置M3处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量，
表示保护装置M4处的功率方向元件检测到的故障功率暂态能量。
因此，根据上述故障方向的判别方式便可确定故障发生在T区左侧还是T区右侧。具体的，若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；若所述左侧故障功率暂态能量为正值且所述右侧故障功率暂态能量为负值，则确定T区右侧故障。
步骤204，根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵。
其中，若判断出故障发生在T区左侧，则对左侧故障暂态电流进行分解，确定T区左侧的第一固有模态能量熵，以进一步判断故障发生在T区左侧直流输电线路的区内或区外；若判断出故障发生在T区右侧，则对右侧故障暂态电流进行分解，确定T区右侧的第二固有模态能量熵，以进一步判断故障发生在T区右侧直流输电线路的区内或区外。
在一个实施例中，根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵，包括：基于模态分解算法对所述左侧故障暂态电流进行分解，得到所述左侧故障暂态电流在分解尺度上的各频带的固有模态能量；根据所述各频带的固有模态能量以及信息熵计算T区左侧的第一固有模态能量熵。
具体的，对于故障暂态电流，经模态分解算法分解后，可得到该信号在分解尺度为i上的各频带的固有模态能量
确定其第i层能量
的计算公式为：
其中，ci为第i层的采样数据。
将分解得到的每一层固有模态函数(固有模态能量)在时间轴上进行n等分，并与信息熵相结合，可定义固有模态能量熵H为：
其中，pi为取值为i时的概率，pn+1为取值为n+1时的概率；
为各频带第i层能量，
为高频带对应的高频能量，
为低频带对应的低频能量，
为低频带第i层对应的能量。
其中，高频带对应的能量以及低频带第i层对应的能量均基于上述第i层能量
的计算公式确定。
具体的，基于上述固有模态能量熵的计算公式，将所述左侧故障暂态电流作为上述故障暂态电流，便可计算T区左侧的第一固有模态能量熵。同理的，基于上述固有模态能量熵的计算公式，将所述右侧故障暂态电流作为上述故障暂态电流还能计算T区右侧的第二固有模态能量熵。
步骤205，若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障。
其中，当直流输电线路的区外发生故障时，故障暂态电流经过线路边界和直流输电线路的双重衰减后到达保护安装处，保护装置检测到的故障暂态电流高频能量较小；当直流输电线路的区内发生故障时，故障暂态电流仅通过直流输电线路的衰减到达保护安装处，保护装置检测到的故障暂态电流高频能量较大。T区左侧和T区右侧区内、区外判据分别为：
min{HL(K-(N-1)),…,HL(K)}>KrelHset1；
min{HR(K-(N-1)),…,HR(K)}>KrelHset2；
式中，N为保护启动后2ms时间窗内的采样点数，K为当前时刻的采样点数，Krel为输电系统的可靠系数，考虑信号噪声及采样误差的干扰，输电系统的可靠系数Krel取1.3，HL为T区左侧的第一固有模态能量熵，Hset1为保护装置M1的固有模态能量熵对应的第一门槛值，取Hset1＝0.0008，HR为T区右侧的第一固有模态能量熵，Hset2为保护装置M2的固有模态能量熵对应的第二门槛值，取Hset2＝0.001。
具体的，根据上述T区左侧和T区右侧区内、区外判据便可判断故障发生在T区左侧直流输电线路的区外、T区左侧直流输电线路的区内、T区右侧直流输电线路的区外还是T区右侧直流输电线路的区内。
在一个实施例中，与T区左侧直流输电线路的区内发生故障对应的，若所述第一固有模态能量熵小于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区外发生故障。
步骤206，根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值。
其中，在判断出故障发生在直流输电线路的区外还是直流输电线路的区内之后，还需要进一步确定故障发生在正极、负极或是在极间。具体的，以T区左侧为例，通过T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值来确定故障发生位置。
在一个实施例中，所述根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值，包括：根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定左侧故障暂态功率；提取所述左侧故障暂态功率的低频分量，确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值。
其中，低频分量是指频率低于1000Hz的信号分量。
具体的，通过以下比值计算公式正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的比值：
其中，N为保护启动后2ms时间窗内的采样点数，i＝1，2，…，N。ΔP1(i)和ΔP2(i)分别表示正、负极频率为1000Hz以下的故障暂态功率的变化量，具体的，ΔP1(i)和ΔP2(i)分别表示正、负极频率为1000Hz以下的故障暂态功率的幅值变化量。
在本实施例中，通过上述比值计算公式，便可确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值，进而更准确的确定故障在T区左侧的位置。
步骤207，若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
其中，为了使区内任意位置故障保护装置能够准确选极，将正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的比值与负极故障整定值、正极故障整定值进行比较，比较公式如下：
其中，Z为正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的比值，Zset1为正极故障整定值，Zset2为负极故障整定值。
具体的，基于上述比较公式，将T区左侧正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值与第一负极故障整定值、第一正极故障整定值进行比较，便能够精确选极，确定故障位置。
在一个实施例中，如图4所示，本实施例增加了与T区左侧相对应的T区右侧的故障位置是被方法，包括：
步骤401，若所述左侧故障功率暂态能量为正值且所述右侧故障功率暂态能量为负值，则确定T区右侧故障。
具体的，根据步骤203中提出的故障方向的判别方式便可确定故障发生在T区左侧还是T区右侧。具体的，若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；若所述左侧故障功率暂态能量为正值且所述右侧故障功率暂态能量为负值，则确定T区右侧故障。
步骤402，根据所述右侧故障暂态电流计算T区右侧的第二固有模态能量熵。
具体的，根据步骤204中提出的固有模态能量熵的计算公式便可计算T区右侧的第二固有模态能量熵。
步骤403，若所述第二固有模态能量熵大于第二门槛值，则确定T区右侧直流输电线路的区内发生故障。
其中，根据步骤205中提出的T区左侧和T区右侧区内、区外判据便可判断故障发生在T区左侧直流输电线路的区外、T区左侧直流输电线路的区内、T区右侧直流输电线路的区外还是T区右侧直流输电线路的区内。
具体的，与T区右侧直流输电线路的区内发生故障对应的，若所述第二固有模态能量熵小于第二门槛值，则确定T区右侧直流输电线路的区外发生故障。
步骤404，根据所述右侧故障暂态电流与所述右侧故障暂态电压确定T区右侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第二比值。
其中，根据步骤206中提出的比值计算公式便可确定T区右侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第二比值，进而更准确的确定故障在T区右侧的位置。
步骤405，若所述第二比值大于第二正极故障整定值，则确定T区右侧正极故障；若所述第二比值小于第二负极故障整定值，则确定T区右侧负极故障；若所述第二比值不小于所述第二负极故障整定值，且不大于所述第二正极故障整定值，则确定T区右侧正负极间故障。
其中，根据步骤207中提出的比较公式，将T区右侧正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第二比值与第二负极故障整定值、第二正极故障整定值进行比较，便能够精确选极，确定故障位置。
本申请通过获取T区两侧的故障暂态电流与故障暂态电压，计算出T区两侧的故障功率暂态能量。然后通过判断T区两侧的故障功率暂态能量的正负特性，能够简单有效的进行故障方向的判别。接下来通过T区两侧的故障暂态电流计算T区两侧的固有模态能量熵，根据故障线路边界对暂态电流的高频分量有很强的衰减作用，利用固有模态能量熵的大小来进一步准确识别直流输电线路是区内故障或区外故障。最后通过确定T区两侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的比值，来确定故障发生在直流输电线路的正极或负极，进一步提升故障识别的准确性。本申请能够准确有效的识别出故障发生的位置，能够大大提升电路保护装置的保护可靠性。
在一个实施例中，本申请采用50kHz的采样频率，取保护启动后2ms的时间窗，故障发生时刻为1.1s，故障持续时间为0.1s。
在一个实施例中，为了验证采用固有模态能量熵的大小来区别区内、区外故障的有效性，如图1所示，以T区左侧距离保护装置M1932km处的f1点发生接地故障，以及T区左侧直流输电线路L1区外f2点发生接地故障为例，使计算得到的固有模态能量熵以2ms的采样窗口滑动，得到固有模态能量熵随时间变化的曲线，如图5a-5b所示，图5a为直流输电线路L1区内f1点接地故障时，固有模态能量熵随时间变化的曲线图；图5b为直流输电线路L1区外f2点接地故障时，固有模态能量熵随时间变化的曲线图。
从图5a-5b可以看出，固有模态能量熵对信号总体幅值的敏感度较低，当直流输电线路L1区内、区外发生故障时，保护安装处的固有模态能量熵均发生突变。由于线路边界对故障暂态高频分量的衰减作用，使得直流输电线路区内的固有模态能量熵明显大于直流输电线路区外的固有模态能量熵。以直流输电线路正极发生故障为例，考虑不同故障位置以及不同过渡电阻(0.01Ω、300Ω和500Ω)，对该方案的保护原理进行仿真验证，其中，故障点位置为：直流输电线路L1区外f2点、直流输电线路L1区内f1点、直流输电线路L2区外f4点、直流输电线路L2区内f3点。具体的，f1点可以是T区左侧距离保护装置M1932km，466km，0km的点，f3点可以是T区右侧距离保护装置M20km，277km，554km处的点。仿真结果如表1所示。
表1正极故障保护动作结果
由表1的仿真结果可以看出，随着故障位置和过渡电阻的增大，固有模态能量熵逐渐减小，但区内故障与区外故障的熵值依然差异较大，保护不受其影响，具有一定的抗过渡电阻能力。
在一个实施例中，如图6所示，本申请提供一种直流输电线路的故障位置识别装置，所述装置包括：
获取模块601，用于获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压。
第一计算模块602，用于根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量。
第一判断模块603，用于若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障。
第二计算模块604，用于根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵。
第二判断模块605，用于若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障。
第三计算模块606，用于根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值。
第三判断模块607，用于若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
如图7所示，在一个实施例中，为一种计算机设备的内部结构图。该计算机设备可以是一种直流输电线路的故障位置识别装置、或与一种直流输电线路的故障位置识别装置连接的终端或服务器。如图7所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现一种直流输电线路的故障位置识别方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行一种直流输电线路的故障位置识别方法。网络接口用于与外接进行通信。本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请提供的一种直流输电线路的故障位置识别方法可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图7所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该室内定位装置的各个程序模板。比如，获取模块601，第一计算模块602，第一判断模块603，第二计算模块604，第二判断模块605，第三计算模块606，第三判断模块607。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器执行如下步骤：获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区极间故障。
在一个实施例中，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器还执行如下步骤：若所述左侧故障功率暂态能量为正值且所述右侧故障功率暂态能量为负值，则确定T区右侧故障；根据所述右侧故障暂态电流计算T区右侧的第二固有模态能量熵；若所述第二固有模态能量熵大于第二门槛值，则确定T区右侧直流输电线路的区内发生故障；根据所述右侧故障暂态电流与所述右侧故障暂态电压确定T区右侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第二比值；若所述第二比值大于第二正极故障整定值，则确定T区右侧正极故障；若所述第二比值小于第二负极故障整定值，则确定T区右侧负极故障；若所述第二比值不小于所述第二负极故障整定值，且不大于所述第二正极故障整定值，则确定T区右侧正负极间故障。
在一个实施例中，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器还执行如下步骤：若所述第一固有模态能量熵小于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区外发生故障。
在一个实施例中，所述根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵，包括：基于模态分解算法对所述左侧故障暂态电流进行分解，得到所述左侧故障暂态电流在分解尺度上的各频带的固有模态能量；根据所述各频带的固有模态能量以及信息熵计算T区左侧的第一固有模态能量熵。
在一个实施例中，所述根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值，包括：根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定左侧故障暂态功率；提取所述左侧故障暂态功率的低频分量，确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值。
在一个实施例中，所述获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压，之前还包括：获取T区左侧保护安装处的左侧暂态电流与左侧暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧暂态电流与右侧暂态电压；根据所述左侧暂态电流与左侧暂态电压与左侧暂态电压确定T区左侧的保护装置启动值；根据所述右侧暂态电流与右侧暂态电压确定T区右侧的保护装置启动值；若预设连续采样点上所述T区左侧的保护装置启动值与所述T区右侧的保护装置启动值均大于预设启动值，则说明直流输电线路故障，启动保护装置。
在一个实施例中，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器还执行如下步骤：取故障发生后2ms的时间窗，采用50kHz的采样频率进行采样。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，使得该处理器执行如下步骤：获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
在一个实施例中，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器还执行如下步骤：若所述左侧故障功率暂态能量为正值且所述右侧故障功率暂态能量为负值，则确定T区右侧故障；根据所述右侧故障暂态电流计算T区右侧的第二固有模态能量熵；若所述第二固有模态能量熵大于第二门槛值，则确定T区右侧直流输电线路的区内发生故障；根据所述右侧故障暂态电流与所述右侧故障暂态电压确定T区右侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第二比值；若所述第二比值大于第二正极故障整定值，则确定T区右侧正极故障；若所述第二比值小于第二负极故障整定值，则确定T区右侧负极故障；若所述第二比值不小于所述第二负极故障整定值，且不大于所述第二正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
在一个实施例中，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器还执行如下步骤：若所述第一固有模态能量熵小于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区外发生故障。
在一个实施例中，所述根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵，包括：基于模态分解算法对所述左侧故障暂态电流进行分解，得到所述左侧故障暂态电流在分解尺度上的各频带的固有模态能量；根据所述各频带的固有模态能量以及信息熵计算T区左侧的第一固有模态能量熵。
在一个实施例中，所述根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值，包括：根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定左侧故障暂态功率；提取所述左侧故障暂态功率的低频分量，确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值。
在一个实施例中，所述获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压，之前还包括：获取T区左侧保护安装处的左侧暂态电流与左侧暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧暂态电流与右侧暂态电压；根据所述左侧暂态电流与左侧暂态电压与左侧暂态电压确定T区左侧的保护装置启动值；根据所述右侧暂态电流与右侧暂态电压确定T区右侧的保护装置启动值；若预设连续采样点上所述T区左侧的保护装置启动值与所述T区右侧的保护装置启动值均大于预设启动值，则说明直流输电线路故障，启动保护装置。
在一个实施例中，该计算机程序被该处理器执行时，使得该处理器还执行如下步骤：取故障发生后2ms的时间窗，采用50kHz的采样频率进行采样。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Accessmemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种直流输电线路的故障位置识别方法，其特征在于，所述方法包括：
获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；
根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；
若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；
根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；
若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；
根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；
若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述左侧故障功率暂态能量为正值且所述右侧故障功率暂态能量为负值，则确定T区右侧故障；
根据所述右侧故障暂态电流计算T区右侧的第二固有模态能量熵；
若所述第二固有模态能量熵大于第二门槛值，则确定T区右侧直流输电线路的区内发生故障；
根据所述右侧故障暂态电流与所述右侧故障暂态电压确定T区右侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第二比值；
若所述第二比值大于第二正极故障整定值，则确定T区右侧正极故障；若所述第二比值小于第二负极故障整定值，则确定T区右侧负极故障；若所述第二比值不小于所述第二负极故障整定值，且不大于所述第二正极故障整定值，则确定T区右侧正负极间故障。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述第一固有模态能量熵小于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区外发生故障。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵，包括：
基于模态分解算法对所述左侧故障暂态电流进行分解，得到所述左侧故障暂态电流在分解尺度上的各频带的固有模态能量；
根据所述各频带的固有模态能量以及信息熵计算T区左侧的第一固有模态能量熵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值，包括：
根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定左侧故障暂态功率；
提取所述左侧故障暂态功率的低频分量，确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压，之前还包括：
获取T区左侧保护安装处的左侧暂态电流与左侧暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧暂态电流与右侧暂态电压；
根据所述左侧暂态电流与左侧暂态电压与左侧暂态电压确定T区左侧的保护装置启动值；根据所述右侧暂态电流与右侧暂态电压确定T区右侧的保护装置启动值；
若预设连续采样点上所述T区左侧的保护装置启动值与所述T区右侧的保护装置启动值均大于预设启动值，则说明直流输电线路故障，启动保护装置。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：取故障发生后2ms的时间窗，采用50kHz的采样频率进行采样。
8.一种直流输电线路的故障位置识别装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取T区左侧保护安装处的左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压，以及T区右侧保护安装处的右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压；
第一计算模块，用于根据所述左侧故障暂态电流与左侧故障暂态电压确定左侧故障功率暂态能量，根据所述右侧故障暂态电流与右侧故障暂态电压确定右侧故障功率暂态能量；
第一判断模块，用于若所述左侧故障功率暂态能量为负值且所述右侧故障功率暂态能量为正值，则确定T区左侧故障；
第二计算模块，用于根据所述左侧故障暂态电流计算T区左侧的第一固有模态能量熵；
第二判断模块，用于若所述第一固有模态能量熵大于第一门槛值，则确定T区左侧直流输电线路的区内发生故障；
第三计算模块，用于根据所述左侧故障暂态电流与所述左侧故障暂态电压确定T区左侧的正极故障暂态功率变化量与负极故障暂态功率变化量的第一比值；
第三判断模块，用于若所述第一比值大于第一正极故障整定值，则确定T区左侧正极故障；若所述第一比值小于第一负极故障整定值，则确定T区左侧负极故障；若所述第一比值不小于所述第一负极故障整定值，且不大于所述第一正极故障整定值，则确定T区左侧正负极间故障。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7所述方法的步骤。
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