柔性直流输电线路故障行波的处理方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性直流输电线路故障行波的处理方法，包括：分别获取柔性直流输电线路的极模电流和极模电压故障暂态行波；获取极模反向电压故障暂态行波；获取极模反向电压故障暂态行波的模极大值，得到极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波。本发明专利技术的技术方案，能够有效地展现出故障行波与高频暂态干扰的区别，使柔性直流输电线路故障的整体特征更加简洁和直观；还能够消除极模反向电压故障暂态行波中直流和低频信号的影响，凸显出行波波过程的高频特性，降低了对柔性直流系统下行波波过程的分析难度，使得超高速柔性直流输电线路保护成为可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统继电保护和故障检测
，具体而言，涉及一种柔性直流输电线路故障行波的处理方法。
技术介绍
柔性直流输电技术相比于传统直流输电技术，具有谐波水平低、没有换相失败问题、没有无功补偿问题、可以为无源系统供电、可同时独立调节有功功率和无功功率等优点，在我国具有广阔的应用前景。然而柔性直流输电线路发生短路故障时，过大的短路电流会永久损坏换流站的电力电子器件，因此需要在故障发生后极短的时间内正确识别故障，开断直流断路器以保护换流站的电力电子器件。传统直流输电线路的继电保护不能满足柔性直流输电线路对保护快速性的要求，基于行波原理的保护技术和故障技术是解决这一问题的理想选择。但是，目前故障行波的分析方法以单个故障行波波头为研究对象，缺乏对整个波过程特征的深入分析；而且仅通过单个故障行波波头，故障行波的整体特征很难简洁而有效地凸显出来，难以区分故障行波和高频暂态干扰。因此以波过程为对象的故障行波处理方法，对认识故障行波和提高行波保护可靠性具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出了一种柔性直流输电线路故障行波的处理方法。为实现上述目的，根据本专利技术的实施例，提出了一种柔性直流输电线路故障行波的处理方法，包括：分别获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波；获取柔性直流输电线路的极模反向电压故障暂态行波；获取所述极模反向电压故障暂态行波的模极大值，计算得到所述极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波。根据本专利技术的实施例的柔性直流输电线路故障行波的处理方法，通过获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波得到的极模反向电压故障暂态行波，以及通过获取极模反向电压故障暂态行波的模极大值，得到等效极模反向电压行波这样的技术方案，能够消除极模反向电压故障暂态行波中直流和低频信号的影响，使得超高速柔性直流输电线路保护成为可能。根据本专利技术的一个实施例，分别获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波具体可以包括：当柔性直流输电线路发生故障时，对柔性直流输电线路的电流进行采样和存数；对所述电流采样值序列中的正极电流ip(n)和负极电流in(n)的采样值进行极模变换，将存在电磁耦合关系的正极电流和负极电流解耦为独立的零模电流故障暂态行波i0(n)和极模电流故障暂态行波i1(n)；对所述电压采样值序列中的正极电压up(n)和负极电压un(n)的采样值进行极模变换，将存在电磁耦合关系的正极电压和负极电压解耦为独立的零模电压故障暂态行波u0(n)和极模电压故障暂态行波u1(n)。在该实施例中，获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波的方式被具体为通过对柔性直流输电线路故障时的柔性直流输电线路的电流的采样结果进行极模变换来进行的，通过极模转换得到了独立的零模电流故障暂态行波i0(n)和极模电流故障暂态行波i1(n)，以及独立的零模电压故障暂态行波u0(n)和极模电压故障暂态行波u1(n)。根据本专利技术的一个实施例，获取柔性直流输电线路的极模反向电压故障暂态行波具体包括：利用所述柔性直流输电线路的极模单位长度的电感Ll和极模单位长度的电容C1，求取极模波阻抗Zc1；利用所述极模电流故障暂态行波i1(n)、所述极模电压故障暂态行波u1(n)和所述极模波阻抗Zc1，求取所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)。在该实施例中，通过柔性直流输电线路的极模单位长度的电感Ll和极模单位长度的电容C1，得到了极模波阻抗Zc1，然后再通过极模波阻抗Zc1，得到极模反向电压故障暂态行波ur1(n)。根据本专利技术的一个实施例，获取极模反向电压故障暂态行波的模极大值，得到极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波具体包括：所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)进行小波变换，得到对应的小波变换系数；分别求取所述小波变换系数的模极大值；对所述小波变换系数的模极大值进行奇异性识别，计算李普希兹指数，剔除噪声干扰；消除连续信号离散化对所述小波变换系数的模极大值的干扰；将所述极模反向电压故障暂态行波在每一处的所述小波变换系数的模极大值用该处的冲激函数进行表达，所述冲激函数的幅度与该处所述小波变换系数的模极大值相等，将所述冲激函数构成的冲激函数序列作为所述等效极模反向电压行波。在该实施例中，通过对极模反向电压故障暂态行波进行小波变换，并对小波变换系数的模极大值进行奇异性识别的过程，剔除了噪声干扰。然后，通过消除连续信号离散化对小波变换系数的模极大值的干扰，将极模反向电压故障暂态行波转换为由冲激函数序列表示的等效极模反向电压行波，可以消除极模反向电压故障暂态行波中直流和低频信号的影响，凸显出行波波过程的高频特性。根据本专利技术的一个实施例，小波变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列﹛hk﹜k∈z，﹛gk﹜k∈z为：﹛hk﹜k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，﹛gk﹜k∈z＝(-2，2)(k＝0，1)，经过小波变换后，将极模反向电压故障暂态行波分解成以下形式：其中，为所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)的小波逼近系数，为所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)的小波变换系数。在该实施例中，小波变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，能够有效地提取出表征极模反向电压故障暂态行波特性的小波变换系数。根据本专利技术的一个实施例，小波变换系数的模极大值为：对于任意给定的正数ε>0，当满足|n-n0|<ε时，对任意的n≠n0，有成立，其中，n0为极模反向电压故障暂态行波的采样序号，为极模反向电压故障暂态行波在采样序号n0处的小波变换系数的模极大值，j为小波变换的尺度。在该实施例中，通过求取小波变换系数的模极大值可以在尽可能保留极模反向电压故障暂态行波特性的前提下对极模反向电压故障暂态行波进行降噪处理。根据本专利技术的一个实施例，李普希兹指数为：其中，α为李普希兹指数，n0为极模反向电压故障暂态行波的采样序号，为在采样序号处的小波变换系数的模极大值，j为小波变换的尺度；当α<0时，采样序号处的模极大值为噪声干扰，剔除掉采样序号处的模极大值。在该实施例中，通过李普希兹指数能够对极模反向电压故障暂态行波的采样序号处由噪声干扰所形成的模极大值进行剔除处理。根据本专利技术的一个实施例，还包括：将最大模极大值10％以下的模极大值确定为所述连续信号离散化对所述模极大值的干扰，并剔除所述干扰。在该实施例中，进一步指出了通过剔除最大模极大值10％以下的模极大值来降低连续信号离散化对模极大值的干扰。根据本专利技术的另一方面，还提出了一种柔性直流输电线路故障行波的处理装置，包括：极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波获取单元，获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波；极模反向电压故障暂态行波获取单元，用于获取柔性直流输电线路的极模反向电压故障暂态行波；以及计算单元，用于获取所述极模反向电压故障暂态行波的模极大值，计算得到所述极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波。根据本专利技术的实施例的柔性直流输电线路故障行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，包括：分别获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波；获取柔性直流输电线路的极模反向电压故障暂态行波；获取所述极模反向电压故障暂态行波的模极大值，计算得到所述极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，包括：分别获取柔性直流输电线路的极模电流故障暂态行波和极模电压故障暂态行波；获取柔性直流输电线路的极模反向电压故障暂态行波；获取所述极模反向电压故障暂态行波的模极大值，计算得到所述极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波。2.根据权利要求1所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，所述分别获取所述极模电流故障暂态行波和所述极模电压故障暂态行波具体包括：在所述柔性直流输电线路发生故障时，以预定采样率对所述柔性直流输电线路的电流和电压进行采样和存数，获得电流采样值序列或电压采样值序列；对所述电流采样值序列中的正极电流ip(n)和负极电流in(n)的采样值进行极模变换，将存在电磁耦合关系的正极电流和负极电流解耦为独立的零模电流故障暂态行波i0(n)和极模电流故障暂态行波i1(n)；对所述电压采样值序列中的正极电压up(n)和负极电压un(n)的采样值进行极模变换，将存在电磁耦合关系的正极电压和负极电压解耦为独立的零模电压故障暂态行波u0(n)和极模电压故障暂态行波u1(n)。3.根据权利要求2所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，所述获取柔性直流输电线路的极模反向电压故障暂态行波具体包括：利用所述柔性直流输电线路的极模单位长度的电感Ll和极模单位长度的电容C1，求取极模波阻抗Zc1；利用所述极模电流故障暂态行波i1(n)、所述极模电压故障暂态行波u1(n)和所述极模波阻抗Zc1，求取所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)。4.根据权利要求3所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，所述获取所述极模反向电压故障暂态行波的模极大值，得到所述极模反向电压故障暂态行波的等效极模反向电压行波具体包括：对所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)进行小波变换，得到对应的小波变换系数；分别求取所述小波变换系数的模极大值；对所述小波变换系数的模极大值进行奇异性识别，计算李普希兹指数，剔除噪声干扰；消除连续信号离散化对所述小波变换系数的模极大值的干扰；将所述极模反向电压故障暂态行波在每一处的所述小波变换系数的模极大值用该处的冲激函数进行表达，所述冲激函数的幅度与该处所述小波变换系数的模极大值相等，将所述冲激函数构成的冲激函数序列作为所述等效极模反向电压行波。5.根据权利要求4所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，所述小波变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列﹛hk﹜k∈z，﹛gk﹜k∈z为：﹛hk﹜k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，﹛gk﹜k∈z＝(-2，2)(k＝0，1)，经过所述小波变换后，将所述极模反向电压故障暂态行波分解成以下形式：A2jur1(n)=ΣkhkA2j-1ur1(n-2j-1k)W2jur1(n)=ΣkgkA2j-1ur1(n-2j-1k)]]>其中，A2jur1(n)为所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)的小波逼近系数，W2jur1(n)为所述极模反向电压故障暂态行波ur1(n)的小波变换系数。6.根据权利要求4所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，所述小波变换系数的模极大值为：对于任意给定的正数ε>0，当满足|n-n0|<ε时，对任意的n≠n0，有成立，其中，n0为所述极模反向电压故障暂态行波的采样序号，为所述极模反向电压故障暂态行波在采样序号n0处的所述小波变换系数的模极大值，j为小波变换的尺度。7.根据权利要求4所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，所述李普希兹指数为：α=log2W2j+1f(n0)W2jf(n0)]]>其中，α为李普希兹指数，n0为所述极模反向电压故障暂态行波的采样序号，为在所述采样序号处的小波变换系数的模极大值，j为小波变换的尺度；当α<0时，所述采样序号处的模极大值为所述噪声干扰，将所述采样序号处的模极大值剔除。8.根据权利要求4所述柔性直流输电线路故障行波的处理方法，其特征在于，将最大模极大值10％以下的模极大值确定为所述连续信号离散化对所述模极大值的干扰，并剔除所述干扰。9.一种柔性直...

【专利技术属性】
技术研发人员：董新洲，汤兰西，施慎行，王宾，庞辉，孔明，贺之渊，杨杰，裴翔羽，
申请(专利权)人：清华大学，全球能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11