一种柔性直流输电设备故障识别方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种柔性直流输电设备故障识别方法和装置，通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数；计算所述故障特征参数的空间自相关指标；基于所述空间自相关指标对各子模块进行故障识别；所述故障特征参数包括子模块中均压电容的容值、子模块的温度和子模块的均压比；本发明专利技术综合了柔性直流输电设备的拓扑结构和电气特征，实现柔性直流输电设备故障的在线识别，提高了识别结果准确度；不受电气量测量信号的制约，无需提取每个元件的所有的故障特征参数，耗时短，且大大节省了人力成本，提高了识别效率；在进行柔性直流输电设备故障识别时，柔性直流输电设备无需退出运行状态，不影响高压直流系统的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电设备故障识别方法和装置
本专利技术涉及直流设备在线监测
，具体涉及一种柔性直流输电设备故障识别方法和装置。
技术介绍
柔性直流输电设备器件拓扑结构设计相对复杂，大量应用的电力电子器件增加了设备运行的脆弱性。柔性直流输电设备故障的在线识别和定位可协助运维人员快速发现和捕捉设备早期缺陷，为柔直设备状态检修计划制定提供科学依据，减少设备不必要的停电检修和预防性试验，对于确保柔直设备安全可靠运行有着重要意义。目前，针对柔性直流输电设备的故障特征识别研究大多集中于对电力电子器件或模块的失效机理、故障特征参数仿真分析以及电子元件选择和管理等方面，主要局限于IGBT模块、金属氧化膜电容器等关键元器件的故障后检测及处理，以及通过选取电气量测量信息根据设备元器件实现原理仿真计算的故障识别。现有的柔性直流输电设备故障特征识别侧重于在故障发生后进行故障机理研究及故障点确定，不能对柔性直流输电设备发生的故障进行早期预警，且不能阻止局部故障进一步扩大。关键元器件的故障后检测及处理可以准确定位故障的位置以及严重程度，但是故障的查找和定位耗时长，人力成本较高，而且柔性直流输电设备本身必须退出运行状态，影响高压直流系统的正常运行；利用仿真计算的柔性直流输电设备故障特征识别方法需要以全面、完整且正确的电气量测量信息为基础，否则可能会造成判断结果不准确，而柔性直流输电设备各子系统元件之间结构复杂，难以对每种元件的特征参量进行全面提取和准确测量，测量误差大，受电气量测量信息制约较大，得到的识别结果准确度较低，且不能实现对柔性直流输电设备实现在线识别。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中不能实现在线设别以及识别结果准确度较低的不足，本专利技术提供一种柔性直流输电设备故障识别方法，包括：通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数；计算所述故障特征参数的空间自相关指标；基于所述空间自相关指标对各子模块进行故障识别；所述故障特征参数包括子模块中均压电容的容值、子模块的温度和子模块的均压比。所述通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数，包括：通过子模块中的温度传感器采集子模块的温度，并通过子模块中的高电位板卡采集所述子模块的电压、均压电容的纹波电压和纹波电流；基于子模块的电压确定子模块的均压比，并基于所述纹波电压和纹波电流确定均压电容的容值。所述计算所述故障特征参数的空间自相关指标，包括：基于子模块的故障特征参数实时值计算故障特征参数的空间联系局部Moran指数，空间联系局部Moran指数即莫兰指数，其属于空间自相关系数的一种，用于判别空间是否存在自相关性。基于所述空间联系局部Moran指数计算所述故障特征参数的空间自相关指标。所述基于所述空间自相关指标对各子模块的故障进行识别，包括：根据柔性直流输电设备设计要求对所述故障特征参数进行识别；基于所述故障特征参数的识别结果对各子模块的故障进行识别。所述根据柔性直流输电设备设计要求对所述故障特征参数进行识别，包括：根据柔性直流输电设备设计要求确定所述空间自相关指标的置信水平；基于所述置信水平，结合故障特征参数的统计分布类型确定所述空间自相关指标的接受域；判断计算的空间自相关指标是否属于所述接受域，若是，确定所述故障特征参数处于正常状态，否则，确定故障特征参数处于异常状态。所述基于所述故障特征参数的识别结果对各子模块的故障进行识别，包括：当子模块的所有故障特征参数均处于正常状态时，确定所述子模块处于正常运行状态；当子模块的任一故障特征参数处于异常状态且处于异常状态的故障特征参数的延时时间与反时限常数满足预设关系，确定所述子模块处于故障状态。所述预设关系按下式确定：式中，ti为第i个子模块故障特征参数处于异常状态的延时时间，xi为第i个子模块的故障特征参数实时值，x0为子模块的故障特征参数的基准值；c为反时限常数，其基于子模块对故障特征参数的耐受能力确定。所述故障特征参数的空间联系局部Moran指数按下式计算：式中，S2为故障特征参数的方差，n为子模块个数，xi为子模块i的故障特征参数实时值，x为故障特征参数的平均值，xj为子模块j的故障特征参数实时值，ωij为子模块i与子模块j之间的空间接近度权重系数，且dij为子模块i与子模块j之间的距离，ε为故障特征参数的非线性衰减系数。所述故障特征参数的空间自相关指标按下式确定：式中，Zi为第i个子模块故障特征参数的空间自相关指标，E(Ii)为Ii的期望，VAR(Ii)为Ii的方差。所述均压电容的容值按下式确定：式中，C为均压电容的容值，Δvc为均压电容的纹波电压，ic为均压电容的纹波电流；所述子模块的均压比按下式确定：式中，ηi为第i个子模块的均压比，vi为第i个子模块的电压，n为子模块个数。另一方面，本专利技术还提供一种柔性直流输电设备故障识别装置，包括：数据处理模块，用于通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数；计算模块，用于采用空间局部估计方法计算所述故障特征参数的空间自相关指标；识别模块，用于基于所述空间自相关指标对各子模块进行故障识别；所述故障特征参数包括子模块中均压电容的容值、子模块的温度和子模块的均压比。所述数据处理模块具体用于：采集模块，用于通过子模块中的温度传感器采集子模块的温度，并通过子模块中的高电位板卡采集所述子模块的电压、均压电容的纹波电压和纹波电流；处理单元，用于基于子模块的电压确定子模块的均压比，并基于所述纹波电压和纹波电流确定均压电容的容值。所述计算模块包括：第一计算单元，用于基于子模块的故障特征参数实时值计算故障特征参数的空间联系局部Moran指数；第二计算单元，用于基于所述空间联系局部Moran指数计算所述故障特征参数的空间自相关指标。所述识别模块具体用于：参数识别单元，用于根据柔性直流输电设备设计要求对所述故障特征参数进行识别；故障识别单元，用于基于所述故障特征参数的识别结果对各子模块的故障进行识别。所述参数识别单元具体用于：根据柔性直流输电设备设计要求确定所述空间自相关指标的置信水平；基于所述置信水平，结合故障特征参数的统计分布类型确定所述空间自相关指标的接受域；判断计算的空间自相关指标是否属于所述接受域，若是，确定所述故障特征参数处于正常状态，否则，确定故障特征参数处于异常状态。所述故障识别单元具体用于：当子模块的所有故障特征参数均处于正常状态时，确定所述子模块处于正常运行状态；当子模块的任一故障特征参数处于异常状态且处于异常状态的故障特征参数的延时时间与反时限常数满足预设关系，确定所述子模块处于故障状态。所述故障识别单元按下式确定所述预设关系：式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，包括：/n通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数；/n计算所述故障特征参数的空间自相关指标；/n基于所述空间自相关指标对各子模块进行故障识别；/n所述故障特征参数包括子模块中均压电容的容值、子模块的温度和子模块的均压比。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，包括：
通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数；
计算所述故障特征参数的空间自相关指标；
基于所述空间自相关指标对各子模块进行故障识别；
所述故障特征参数包括子模块中均压电容的容值、子模块的温度和子模块的均压比。


2.根据权利要求1所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述通过子模块中的信息确定各子模块的故障特征参数，包括：
通过子模块中的温度传感器采集子模块的温度，并通过子模块中的高电位板卡采集所述子模块的电压、均压电容的纹波电压和纹波电流；
基于子模块的电压确定子模块的均压比，并基于所述纹波电压和纹波电流确定均压电容的容值。


3.根据权利要求1所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述计算所述故障特征参数的空间自相关指标，包括：
基于子模块的故障特征参数实时值计算故障特征参数的空间联系局部Moran指数；
基于所述空间联系局部Moran指数计算所述故障特征参数的空间自相关指标。


4.根据权利要求1所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述基于所述空间自相关指标对各子模块的故障进行识别，包括：
根据柔性直流输电设备设计要求对所述故障特征参数进行识别；
基于所述故障特征参数的识别结果对各子模块的故障进行识别。


5.根据权利要求4所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述根据柔性直流输电设备设计要求对所述故障特征参数进行识别，包括：
根据柔性直流输电设备设计要求确定所述空间自相关指标的置信水平；
基于所述置信水平，结合故障特征参数的统计分布类型确定所述空间自相关指标的接受域；
判断计算的空间自相关指标是否属于所述接受域，若是，确定所述故障特征参数处于正常状态，否则，确定故障特征参数处于异常状态。


6.根据权利要求5所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述基于所述故障特征参数的识别结果对各子模块的故障进行识别，包括：
当子模块的所有故障特征参数均处于正常状态时，确定所述子模块处于正常运行状态；
当子模块的任一故障特征参数处于异常状态且处于异常状态的故障特征参数的延时时间与反时限常数满足预设关系，确定所述子模块处于故障状态。


7.根据权利要求6所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述预设关系按下式确定：



式中，ti为第i个子模块故障特征参数处于异常状态的延时时间，xi为第i个子模块的故障特征参数实时值，x0为子模块的故障特征参数的基准值；c为反时限常数，其基于子模块对故障特征参数的耐受能力确定。


8.根据权利要求3所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述故障特征参数的空间联系局部Moran指数按下式计算：



式中，S2为故障特征参数的方差，n为子模块个数，xi为子模块i的故障特征参数实时值，为故障特征参数的平均值，xj为子模块j的故障特征参数实时值，ωij为子模块i与子模块j之间的空间接近度权重系数，且dij为子模块i与子模块j之间的距离，ε为故障特征参数的非线性衰减系数。


9.根据权利要求8所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述故障特征参数的空间自相关指标按下式确定：



式中，Zi为第i个子模块故障特征参数的空间自相关指标，E(Ii)为Ii的期望，VAR(Ii)为Ii的方差。


10.根据权利要求2所述的柔性直流输电设备故障识别方法，其特征在于，所述均压电容的容值按下式确定：



式中，C为均压电容的容值，Δvc为均压电容的纹波电压，ic为均压电容的纹波电流；
所述子模块的均压比按下式确定：



式中，ηi为第i个子模块的均压比，vi为第i个子模块的电压，n为子模块个数。


11.一种柔性直流输...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹楠，罗健，赵东来，李天琦，黄远超，陈翔宇，郭宁明，杜向楠，曹均正，栾洪洲，
申请(专利权)人：中电普瑞电力工程有限公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11