基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置，其中方法包括：步骤S1：基于系统参数得到交流电压下降速度的阈值；步骤S2：换相时，实时采集交流电压；步骤S3：计算交流电压下降速度，若交流电压下降速度小于阈值，则输出故障信号。与现有技术相比，本发明专利技术采用了交流电压下降速度这一信号实现故障检测，由于交流电压是一项非常容易检测到的量，因此大大降低了故障检测难度。

Commutation Fault Detection Method and Device Based on AC Voltage Decline Speed

【技术实现步骤摘要】
基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置
本专利技术涉及一种换相故障检测技术，尤其是涉及一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置。
技术介绍
近年来我国的HVDC输电工程蓬勃发展，所传输的容量也逐渐变大，换相失败故障对交流系统造成的冲击越来越严重。如何有效的判断换相失败，对如何采取抑制换相失败的措施来说意义重大。造成换相失败主要有如下几种因素：直流电流的变化、受端交流电压的下降、换相电压谐波增多、相角前移等。到目前为止已经有很多人对换相失败进行了较为深入和全面的研究，得到了诸如换相面积、关断面积、电压跌落、熄弧角方面的判据。针对经典的熄弧角判据没有考虑直流电流的增加这一不足，也有文献做了改进。认为受端交流故障后电流增加是整流侧和逆变侧的直流电压的差值变大引起的，并将直流电压变化引入熄弧角判据。也有相关文献在通过假设暂态过程中功率不变从而将电压与电流联系起来并改进了换相失败的电压判据，但有文献指出在故障后功率会发生瞬时变化。也有较多的文献将受端交流系统故障发生的位置、区域与是否发生换相失败联系起来，从而在实际应用中方便快速的确定一个交流故障是否能造成换相失败。例如有文献结合灵敏度分析与换相失败判据做了详细的分析。但以上这些文献所用的基本判断方法是经典的没有考虑直流电流上升的最小关断角的判据，有一定的改进空间。关于故障后交流母线电压畸变这个的指标，也有文献定量的分析了谐波对换相造成的影响。对于MIDC系统，有文献结合不同频率下的节点导纳矩阵，定量分析各个直流接入点的谐波注入下的换相失败的影响；其他文献指出在某一直流接入点的故障水平较小时大概率造成其他直流接入点换相失败的原因做了详细的分析。当受端电网发生不对称故障时，除了电压降低外，有很大概率引起换流母线交流电压的零点前移从而造成逆变站换相失败。到目前为止，有很多用故障时电压最小值来判断是否发生换相失败的研究，仿真实验发现大多数的情况是电压还没有下降到最低只就发生了换相失败，所以有改进的空间。其他文献则说明了是否发生换相失败是一个概率性的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法，包括：步骤S1：基于系统参数得到交流电压下降速度的阈值；步骤S2：换相时，实时采集交流电压；步骤S3：计算交流电压下降速度，若交流电压下降速度小于所述阈值，则输出故障信号。所述阈值具体为：其中：kac为阈值，Id0为稳态运行的直流电流，ULL为换流变交流母线线电压，li0为受端空载直流电压，γmin为最小熄弧角，β为触发超前角，Xc为换流变压器漏抗，NUM1为计算过程参数。所述计算过程参数NUM1具体为：其中：kc为取值在0～1之间的修正系数，NUM2为最大可能换相时间，ω为基频角速度，Rci为换相过程等效在直流线路上的阻抗，Rd为直流线路的阻值。所述最大可能换相时间NUM2具体为：其中：γ为熄弧角，β为触发超前角。一种基于交流电压下降速度的换相故障检测装置，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以下步骤：步骤S1：基于系统参数得到交流电压下降速度的阈值；步骤S2：换相时，实时采集交流电压；步骤S3：计算交流电压下降速度，若交流电压下降速度小于所述阈值，则输出故障信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)采用了交流电压下降速度这一信号实现故障检测，由于交流电压是一项非常容易检测到的量，因此大大降低了故障检测难度。2)采用了考虑直流电流上升速度的阈值，并利用了符合自然规定的电磁学设计了阈值，从而大大提高了检测准确度。附图说明图1为本专利技术方法的主要步骤流程示意图；图2为受端交流故障发生之前的情况原理图；图3为受端交流测故障之后第1阶段原理图；图4为换相期间等值电路图；图5为换相期间阀电流示意图；图6为不发生换相失败时各个位置电流增量图；图7为发生换相失败时各个位置电流增量图；图8为过渡电阻与最小熄弧角的关系图；图9为电压变化率与最小熄弧角的关系图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术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，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本申请首先分析造成故障期间直流电流上升的原因，并做出较为精确的定量分析以便提高换相失败判断方法的精确性。针对目前基于换相电压最低值的换相失败判据与仿真实验存在差异的问题，提出一个基于故障时电压变化率的指标来衡量换相失败是否发生，并将理论计算的结果和仿真实验的结果相对比来验证合理性。本申请得到的检测方法，该方法以计算机程序的形式由计算机系统实现，对应的装置包括存储器、处理器，以及存储于存储器中并由处理器执行的程序，如图1所示，处理器执行程序时实现以下步骤：步骤S1：基于系统参数得到交流电压下降速度的阈值；步骤S2：换相时，实时采集交流电压；步骤S3：计算交流电压下降速度，若交流电压下降速度小于阈值，则输出故障信号，其中的阈值具体为：其中：kac为阈值，Id0为稳态运行的直流电流，ULL为换流变交流侧母线线电压，li0为受端空载直流电压，γmin为最小熄弧角，β为触发超前角，Xc为换流变压器漏抗，NUM1为计算过程参数。计算过程参数NUM1具体为：其中：kc为取值在0～1之间的修正系数，NUM2为最大可能换相时间，ω为基频角速度，Rci为换相过程等效在直流线路上的阻抗，Rd为直流线路的阻值。最大可能换相时间NUM2具体为：其中：γ为熄弧角，β为触发超前角。此外，报警可以通过声光报警或者远程报警实现。在得到本申请的方法之前，专利技术人进行了以下分析：首先，对HVDC系统暂态直流电流分析当程度不严重但又可以造成换相失败的故障发生时，直流电流的上升可以两个阶段：第一个阶段，时间范围为从交流故障开始到同一桥臂的两阀都导通之前，这个阶段主要是由于受端空载直流电压的下降而导致的直流电流上升，这一阶段所经历的时间较短，送端和受端的触发角可以认为不变，这一阶段接近稳态，换相失败过程就发生在这一阶段；第二阶段，时间范围为同一桥臂的两阀导通(例如V1和V4都导通)之后的一段时间，由于同一桥臂上的两阀都导通，受端直流侧相当于短路接地，直流电流上升很快这一阶段与直流系统的阻抗和控制策略有关，这是第一阶段时换相失败的结果。受端交流故障发生之前的情况如图2，稳态运行时Uc0维持恒定，ic＝0，所以有id1＝id2＝id，同时送、受两端电压恒定，直流系统传输的功率恒定。实际系统稳态运行时都与额定值有一定的偏差，所以在送受两端的空载直流电压前有两个比例系数lr0和li0。接下来对第一阶段进行分析，受端交流测故障之后受端空载直流电压li0·Udi0降低为li1·Udi0会导致直流线路等效电容C进行放电。由于所要考虑的时间段很短可以将电容C等效为直流电压源，源电压与稳态电容电压相等，为(认为整流侧和逆变侧的等效换相电阻相等Rcr＝Rci)，如图3。采用叠加原理对图2和图3进行分析。对图2，故障前工况，仅考虑整流侧电源，得到式(1)：对图3，故障后第1阶段，仅考虑整流侧电源，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法，其特征在于，包括：步骤S1：基于系统参数得到交流电压下降速度的阈值；步骤S2：换相时，实时采集交流电压；步骤S3：计算交流电压下降速度，若交流电压下降速度小于所述阈值，则输出故障信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法，其特征在于，包括：步骤S1：基于系统参数得到交流电压下降速度的阈值；步骤S2：换相时，实时采集交流电压；步骤S3：计算交流电压下降速度，若交流电压下降速度小于所述阈值，则输出故障信号。2.根据权利要求1所述的一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法，其特征在于，所述阈值具体为：其中：kac为阈值，Id0为稳态运行的直流电流，ULL为换流变交流侧线电压，li0为受端空载直流电压，γmin为最小熄弧角，β为触发超前角，Xc为换流变压器漏抗，NUM1为计算过程参数。3.根据权利要求2所述的一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法，其特征在于，所述计算过程参数NUM1具体为：其中：kc为取值在0～1之间的修正系数，NUM2为最大可能换相时间，ω为基波角速度，Rci为换相过程等效在直流线路上的阻抗，Rd为直流线路的阻值。4.根据权利要求3所述的一种基于交流电压下降速度的换相故障检测方法，其特征在于，所述最大可能换相时间NUM2具体为：其中：γ为熄弧角，β为触发超前角。5.一种基于交流电压下降速度的换相故障检测装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔勇，董明瑞，曹亮，王伟红，金敏杰，杨秀，顾丹珍，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31