一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法技术

本发明专利技术涉及一种基于换流站控制的MMC‑HVDC单极接地故障综合行波测距方法，当MMC‑HVDC系统输电线路发生单极接地故障时，故障录波设备记录故障行波，根据行波法计算出故障点距离；从故障发生时刻开始计时，同时设置时延，在该时延内整定脉冲参数；当时延到达时，并且实时投入电平数量满足切除要求，则开始发出一个以上的检测脉冲，并得到一个以上的测距结果；完成次脉冲测距后取所有测距结果的平均值作为最终的测距结果。本发明专利技术可实现对于单极接地故障点的连续、可靠、精确定位。

An Integrated Traveling Wave Fault Location Method for MMC-HVDC Single Pole Grounding Fault Based on Converter Station Control

【技术实现步骤摘要】
一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法
本专利技术涉及模块化多电平换流器的高压直流输电
，特别是一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术(MMC-HVDC)属于柔性直流输电技术的一种，其采用半桥子模块级联的拓扑结构，具有对阀组器件触发动态均压要求低，扩展性好、开关频率低、运行损耗低、高效率、高可靠性、可独立调节无功功率和有功功率等诸多优点。直流输电线路跨度大，通常可达几百甚至是上千公里，且线路沿线的地理环境变化多端，发生线路故障的几率很大大。一旦输电线路在某点处发生故障，故障点很难被找到。为减少电网损失和提高用电安全性，急需发展可靠的输电线路的故障测距技术来精确定位发生故障的故障点，从而及时修复线路，及时恢复系统正常运行。目前应用最广泛故障定位方法为行波法。行波法故障测距有很多种类型，若按照早期所需故障信息分类，则主要包括单端测距法和双端测距法。现代行波测距法主要有小波变换法、HHT法、数学形态法、独立分量法和固有频率法。然而行波测距法也有着不可避免的缺点：行波的测量极其依赖对于故障行波波头的捕捉，而当故障发生在距离测量端较远的位置时，行波会在传播的过程中大幅衰减。不同接地阻抗产生的故障行波的特征和形态有着较大的差异，高阻接地中暂态信号衰减的更快，也给波头捕捉造成了困难。故障行波只会产生一次，如果测量的过程中混杂了噪声干扰，也会大大影响行波检测的精确性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法，作为故障行波故障测距的后备检测手段与原始故障行波测距共同组成一套完整的故障测距系统，可实现对于单极接地故障点的连续、可靠、精确定位。本专利技术采用以下方案实现：一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法，具体为：当MMC-HVDC系统输电线路发生单极接地故障时，故障录波设备记录故障行波，根据行波法计算出故障点距离l0；从故障发生时刻t开始计时，时延t0，在该时延内整定脉冲参数；当到达t+t0时刻，并且实时投入电平数量满足切除要求，则开始发出一个以上的检测脉冲，并得到一个以上的测距结果l1,l2,...,ln；完成n次脉冲测距后取所有测距结果的平均值作为最终的测距结果。进一步地，其中需要整定的脉冲参数包括主动脉冲的幅值Up、脉冲持续时间Δt、脉冲个数以及脉冲发生的位置。进一步地，所述主动脉冲的幅值Up整定具体为：主动脉冲的幅值Up由切除的的子模块的数量决定，切除的子模块越多，Up则越大；其中，当子模块切除时，Up与nc之间的关系为：nc＝6NUP/(Udc+4Up)；式中，nc表示切除的子模块的数量，C表示各相上下桥臂投入状态子模块电容级联之和，N表示各相上下桥臂处于投入状态子模块的数量之和，Udc表示MMC-HVDC系统的双极间直流电压。进一步地，所述脉冲持续时间Δt的整定满足以下条件：脉冲持续时间Δt必须使得在MMC-HVDC系统更改参考电压之前完成桥臂中子模块切除部分的恢复；脉冲持续时间Δt必须大于故障录波装置的最小采样步长，使得故障录波设备能够采集到脉冲的行波信息；当故障发生的位置离脉冲发生的位置越远，Δt越大，使得更精确的捕捉波头，提高了测距准确性；但在进行近距离测距时，需要保证Δt不造成发出脉冲和反射脉冲的波形混叠。进一步地，所述脉冲个数的整定具体为：当设定个数的连续脉冲的测距结果之差小于设定的误差值时，即停止连续脉冲测距。进一步地，从第l1个脉冲开始计算连续两个脉冲测距之间的测距差值，若连续m(m＜n-1)个测距误差均小于检测的精度要求，则提前结束脉冲的发射。进一步地，所述脉冲发生的位置的整定具体为：将原始行波的测距结果作为参考，当故障点靠近整流侧时，则切除整流侧的子模块生成脉冲；当故障点靠近逆变侧时，则切除逆变侧的子模块生成脉冲。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术根据NLM调制的MMC-HVDC系统的拓扑结构和元件特性，提出了一种基于子模块切除的连续测距脉冲的发生方法，作为故障行波故障测距的后备检测手段与原始故障行波测距共同组成一套完整的故障测距系统，可实现对于单极接地故障点的连续、可靠、精确定位。本专利技术的方法不需要添加任何额外设备，在单端故障信息采集，将成本降到最低，在实现精确测距的同时，最大程度上保证了经济性。附图说明图1为本专利技术实施例的方法流程示意图。图2为本专利技术实施例的MMC-HVDC系统拓扑结构图。图3为本专利技术实施例的子模块结构拓扑。图4为本专利技术实施例的子模块的工作状态。图5为本专利技术实施例的切除子模块产生的脉冲。图6为本专利技术实施例的正常控制信号生成原理图。图7为本专利技术实施例的脉冲切除控制信号生成部分原理图。图8为本专利技术实施例的脉冲启动条件原理图。图9为本专利技术实施例的脉冲周期性控制原理图。图10为本专利技术实施例的架空线结构参数示意图。图11为本专利技术实施例的近距离金属接地时的故障特征。图12为本专利技术实施例的近距离金属接地时测距脉冲。图13为本专利技术实施例的远距离高阻接地时故障特征。图14为本专利技术实施例的远距离高阻接地时测距脉冲。图15为本专利技术实施例的不同接地阻抗行波特征。图16为本专利技术实施例的不同接地阻抗脉冲特征。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。如图1所示，本实施例提供了一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法，具体为：当MMC-HVDC系统输电线路发生单极接地故障时，故障录波设备记录故障行波，根据行波法计算出故障点距离l0；从故障发生时刻t开始计时，时延t0，在该时延内整定脉冲参数；(设置短时时延t0的意义在于等待故障行波的平复，并在改时间段内整定测距脉冲的各项参数，包括Up、Δt和发出端。)当到达t+t0时刻，并且实时投入电平数量满足切除要求，则开始发出一个以上的检测脉冲，并得到一个以上的测距结果l1,l2,...,ln；(脉冲的传播速度可以利用行波在该线路中的传播速度或者在非故障时发出一次故障测距脉冲，用于计算脉冲的传播速度。)完成n次脉冲测距后取所有测距结果的平均值作为最终的测距结果，其中n的值可以提前设定。较佳的，在本实施例中，MMC-HVDC系统的常规拓扑如图2所示。换流器共有三相，每相由上桥臂和下桥臂共同构成，一共包括六个桥臂。每个相单元由2N个子模块级联构成，上下桥臂各有N个子模块。此外，每个桥臂上串联了一个桥臂电抗器，作用主要是用于抑制相间环流和平滑交流电压。对于两端直流输电系统，主接线方式主要分成单极接线方式和双极接线。双极接线是指采用合适的接地方式，使直流线路呈现出对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于换流站控制的MMC‑HVDC单极接地故障综合行波测距方法，其特征在于，当MMC‑HVDC系统输电线路发生单极接地故障时，故障录波设备记录故障行波，根据行波法计算出故障点距离l0；从故障发生时刻t开始计时，时延t0，在该时延内整定脉冲参数；当到达t+t0时刻，并且实时投入电平数量满足切除要求，则开始发出一个以上的检测脉冲，并得到一个以上的测距结果l1,l2,...,ln；完成n次脉冲测距后取所有测距结果的平均值作为最终的测距结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法，其特征在于，当MMC-HVDC系统输电线路发生单极接地故障时，故障录波设备记录故障行波，根据行波法计算出故障点距离l0；从故障发生时刻t开始计时，时延t0，在该时延内整定脉冲参数；当到达t+t0时刻，并且实时投入电平数量满足切除要求，则开始发出一个以上的检测脉冲，并得到一个以上的测距结果l1,l2,...,ln；完成n次脉冲测距后取所有测距结果的平均值作为最终的测距结果。2.根据权利要求1所述的一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法，其特征在于，其中需要整定的脉冲参数包括主动脉冲的幅值Up、脉冲持续时间Δt、脉冲个数以及脉冲发生的位置。3.根据权利要求2所述的一种基于换流站控制的MMC-HVDC单极接地故障综合行波测距方法，其特征在于，所述主动脉冲的幅值Up整定具体为：主动脉冲的幅值Up由切除的的子模块的数量决定，切除的子模块越多，Up则越大；其中，当子模块切除时，Up与nc之间的关系为：nc＝6NUP/(Udc+4Up)；式中，nc表示切除的子模块的数量，C表示各相上下桥臂投入状态子模块电容级联之和，N表示各相上下桥臂处于投入状态子模块的数量之和，Udc表示MMC-HVDC系统拓扑的双极间直流电压。4.根据权利要求2所述的一种基于换流站...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰生，肖思捷，原永滨，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35