一种高压直流交流侧故障检测方法、计算设备技术

本发明专利技术公开了一种高压直流交流侧故障检测方法、计算设备，方法包括首先获取高压直流输电系统中高压直流交流侧母线的三相电压和电流；然后采用功率分量法检测高压直流交流侧是否发生故障；在判断发生故障的情况下，采用周期采样点比较法判断发生故障相，同时，利用电压序分量合成瞬时值判断交流故障的严重程度。本发明专利技术可快速判断故障发生相及故障严重程度，有利于提高故障检测的快速性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压直流交流侧故障检测方法、计算设备
本专利技术涉及高压直流输电
，特别涉及一种高压直流交流侧故障检测方法、计算设备。
技术介绍
随着我国西电东送能源战略的逐步深入推进，已经有越来越多的高压直流输电工程列入规划和投入建设运行。交流系统故障会使电力系统的正常运行受到破坏，当受端交流系统发生故障时：(1)若受端交流故障未及时清除，可能导致后续换相失败，并伴随直流输送功率减少、换流阀寿命缩短、换流变直流偏磁及逆变侧弱交流系统电压失稳等不良后果；(2)交流故障后换流站无功功率平衡可能被打破，出现无功过剩或无功不足的情况，不利于系统的恢复，继而导致高压直流发生后续换相失败。因此对于高压直流，特别是对于多直流馈入系统，为了实现故障穿越，特别是减少直流系统换相失败，起故障支撑的作用以及主动实现有功和无功控制，交流故障快速检测具有重要意义。交流故障检测是换流站预测控制的基础。加快故障信息的检测速度、减小固有延时，可以为后续控制提供更大的调节空间。因此必须加强对交流故障检测技术的研究，提高故障检测的快速性，并检测出故障相即换流母线的跌落情况，从而便于及时采取相应的保护措施。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高压直流交流侧故障检测方法，该方法可以快速判断故障发生相及故障严重程度，有利于提高故障检测的快速性和准确性。本专利技术的第二目的在于提供一种计算设备。本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种高压直流交流侧故障检测方法，步骤如下：>S1、获取高压直流输电系统中高压直流交流侧母线的三相电压和电流；S2、采用功率分量法检测高压直流交流侧是否发生故障；S3、在步骤S2判断发生故障的情况下，采用周期采样点比较法判断发生故障相，同时，利用电压序分量合成瞬时值判断交流故障的严重程度。优选的，在步骤S1中，使用电压表和电流表获取高压直流交流侧母线的三相电压和电流。优选的，步骤S2包括如下步骤：(1)计算零序电流：i0n＝ian(t)+ibn(t)+icn(t)式中，ian(t)、ibn(t)、icn(t)分别为换流母线上的三相电流测量值；i0n(t)为对应的零序电流；iαn(t)、iβn(t)为上述三相电流在α-β平面上α、β轴上对应的分量；ithn(t)为电流的旋转幅值；(2)计算零序电压：u0＝ua(t)+ub(t)+uc(t)式中，ua(t)、ub(t)、uc(t)分别为换流母线上的三相电压测量值；u0(t)为对应的零序电压；uα(t)、uβ(t)为上述三相电压在α-β平面上α、β轴上对应的分量；uth(t)为电压的旋转幅值；(3)将零序电流和零序电压的值相乘，得到功率分量的大小：p0n＝u0·i0nΔpthn＝(uNth-uth)(ithn-iNthn)式中，p0n、Δpthn分别为功率零序分量和功率α、β分量；uNth、iNthn分别为换流母线额定电压和额定电流的旋转矢量；判断u0、i0n、p0n或Δuth、Δithn、Δpthn是否超过设置的阈值，若是，则判断交流系统发生了单相或三相故障。优选的，在步骤S3中，采用周期采样点比较法判断发生故障相，具体是指利用交流母线各相的输入信号的当前采样值与前一周期的采样值的差值来判断是否发生故障；差值计算公式表示如下：Δ2k＝|sk-sk-N+1|其中，sk和sk-N+1分别为交流母线某相的输入信号第k点的当前采样值和对应的前一周期的采样值，N为每周期的采样点数，Δ2k为输入信号的第k点的周期比较差值；当连续三个采样点的周期比较差值大于设定值时，则判定该相发生故障。更进一步的，考虑到当某相发生故障时，最先动作的是该相的周期检测环节，当三相发生故障时，三相的检测基本同时动作，故在第一个相的周期检测环节动作后的规定时间内，若另外两相周期检测环节也动作，则判定发生三相故障；若另外两相周期检测环节没有动作，则判定最先动作的相发生单相故障。更进一步的，设定值为0.1p.u.。优选的，在步骤S3中，利用电压序分量合成瞬时值判断交流故障的严重程度的过程如下：S31、令三相电压的瞬时值为：式中，ω是角频率；t为时间；ua、ub、uc分别为三相电压瞬时值；Uam、Ubm、Ucm分别为三相电压幅值；φa、φb、φc分别为三相电压初相位；S32、设与三相电压ua、ub、uc所对应的旋转相量分别为构造旋转相量：其中，虚部的系数就是三相电压的瞬时值，只要求出实部就可以确定旋转相量；相量实部的求取可根据三角函数的关系式，通过求导法或三角函数分解法计算得到；S33、基于所构造的旋转相量，经过整理可分别得到三相电压的正序、负序和零序分量的瞬时值：式中，旋转因子a＝ej120°；S34、为了滤除正、负序分量中的谐波，构建检测模型，使得正、负序分量的瞬时值都经过αβ变换、广义dq变换、低通滤波器、广义dq逆变换和αβ逆变换，最终变换成三相正序电量基波分量和三相负序电量基波分量；S35、将零序分量的瞬时值和三相负正序电量基波分量、三相负序电量基波分量进行叠加，得到换流母线电压的瞬时值；S36、监测换流母线电压跌落情况来判断交流故障的严重程度，换流母线电压跌落越多，交流故障越严重。更进一步的，在步骤S34中，对于正序分量，检测模型的构建过程如下：(11)定义αβ变换：式中，ua(1)、ub(1)、uc(1)分别为三相电压正序分量瞬时值；uα(1)、uβ(1)分别为三相电压正序分量的α、β分量；(12)定义广义dq变换：由上式得到正序电压的dq分量ud(1)、uq(1)；(13)令ud(1)、uq(1)经过MAF滤波器，MAF滤波器的传递函数为：式中，T为MAF滤波器的时间常数，e为自然常数，s为拉普拉斯算子；(14)记滤除谐波后的dq分量为ud(1)′和uq(1)′，再经过广义dq逆变换得到uα(1)′和uβ(1)′：(15)对uα(1)′和uβ(1)′进行αβ逆变换，得到三相正序电量基波分量ua(1)′、ub(1)′、uc(1)′：对于负序分量，检测模型的构建过程如下：(21)定义αβ变换：式中，ua(2)、ub(2)、uc(2)分别为三相电压负序分量瞬时值；uα(2)、uβ(2)分别为三相电压负序分量的α、β分量；(22)定义广义dq变换：由上式得到负序电压的dq分量ud(2)、uq(2)；(23)令ud(2)、uq(2)经过MAF滤波器，MAF滤波器的传递函数为：(24)记滤除谐波后的dq分量为ud(2)′和uq(2)′，再经过广义dq逆变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，步骤如下：/nS1、获取高压直流输电系统中高压直流交流侧母线的三相电压和电流；/nS2、采用功率分量法检测高压直流交流侧是否发生故障；/nS3、在步骤S2判断发生故障的情况下，采用周期采样点比较法判断发生故障相，同时，利用电压序分量合成瞬时值判断交流故障的严重程度。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，步骤如下：
S1、获取高压直流输电系统中高压直流交流侧母线的三相电压和电流；
S2、采用功率分量法检测高压直流交流侧是否发生故障；
S3、在步骤S2判断发生故障的情况下，采用周期采样点比较法判断发生故障相，同时，利用电压序分量合成瞬时值判断交流故障的严重程度。


2.根据权利要求1所述的高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，在步骤S1中，使用电压表和电流表获取高压直流交流侧母线的三相电压和电流。


3.根据权利要求1所述的高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：
(1)计算零序电流：
i0n＝ian(t)+ibn(t)+icn(t)






式中，ian(t)、ibn(t)、icn(t)分别为换流母线上的三相电流测量值；i0n(t)为对应的零序电流；iαn(t)、iβn(t)为上述三相电流在α-β平面上α、β轴上对应的分量；ithn(t)为电流的旋转幅值；
(2)计算零序电压：
u0＝ua(t)+ub(t)+uc(t)






式中，ua(t)、ub(t)、uc(t)分别为换流母线上的三相电压测量值；u0(t)为对应的零序电压；uα(t)、uβ(t)为上述三相电压在α-β平面上α、β轴上对应的分量；uth(t)为电压的旋转幅值；
(3)将零序电流和零序电压的值相乘，得到功率分量的大小：
p0n＝u0·i0n
Δpthn＝(uNth-uth)(ithn-iNthn)
式中，p0n、Δpthn分别为功率零序分量和功率α、β分量；uNth、iNthn分别为换流母线额定电压和额定电流的旋转矢量；
判断u0、i0n、p0n或Δuth、Δithn、Δpthn是否超过设置的阈值，若是，则判断交流系统发生了单相或三相故障。


4.根据权利要求1所述的高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，在步骤S3中，采用周期采样点比较法判断发生故障相，具体是指利用交流母线各相的输入信号的当前采样值与前一周期的采样值的差值来判断是否发生故障；
差值计算公式表示如下：
Δ2k＝|sk-sk-N+1|
其中，sk和sk-N+1分别为交流母线某相的输入信号第k点的当前采样值和对应的前一周期的采样值，N为每周期的采样点数，Δ2k为输入信号的第k点的周期比较差值；
当连续三个采样点的周期比较差值大于设定值时，则判定该相发生故障。


5.根据权利要求4所述的高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，考虑到当某相发生故障时，最先动作的是该相的周期检测环节，当三相发生故障时，三相的检测基本同时动作，故在第一个相的周期检测环节动作后的规定时间内，若另外两相周期检测环节也动作，则判定发生三相故障；若另外两相周期检测环节没有动作，则判定最先动作的相发生单相故障。


6.根据权利要求4所述的高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，设定值为0.1p.u.。


7.根据权利要求1所述的高压直流交流侧故障检测方法，其特征在于，在步骤S3中，利用电压序分量合成瞬时值判断交流故障的严重程度的过程如下：
S31、令三相电压的瞬时值为：



式中，ω是角频率；t为时间；ua、ub、uc分别为三相电压瞬时值；Uam、Ubm、Ucm分别为三相电压幅值；φa、φb、φc分别为三相电压初相位；
S32、设与三相电压ua、ub、uc所对应的旋转相量分别为构造旋转相量：



其中，虚部的系数就是三相电压的瞬时值，只要求出实部就可以确定旋转相量；相量实部的求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，郑睿娜，汪娟娟，叶运铭，周保荣，陈威，
申请(专利权)人：华南理工大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44