一种交直流混联电力线路故障信号监测方法及系统，属于交直流混联电力系统保护与控制技术领域。对故障相端电压信号进行采集；对故障相端电压进行快速傅里叶分析，求取故障相端电压幅值谱，并计算基波和各次谐波含量；求取电压时移能量分布作为故障特征，进行故障性质判别和熄弧时刻识别；计算时移电压能量比，当检测到时移电压能量比超过预定值时，判定该故障为瞬时性故障并确定为熄弧时刻，并经过重合时延发出合闸指令；检测移电压能量比始终未达到超过预定值时，闭锁重合闸。本发明专利技术可在实现故障性质判别的前提下实现熄弧时刻判定，无需附加量测支路或设备，方案可行且高效。方案可行且高效。方案可行且高效。
【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联电力线路故障信号监测方法及系统
[0001]一种交直流混联电力线路故障信号监测方法及系统，属于交直流混联电力系统保护与控制
技术介绍
[0002]随着更多特高压输电工程建成投产运行，我国交直流混联大电网结构与运行特征日趋复杂。在系统发生故障情下，交流和直流系统之间电气耦合作用致各独立系统故障特征发生异化，给继电保护安全带来巨大挑战。一方面，交流侧故障侵入直流系统时，电压波动和谐波注入对电网造成较长时间冲击，可能引发换相失败，长时间功率中断将导致直流系统失稳。另一方面，混联系统异化故障特征可能导致传统重合闸判据失效。
[0003]现有研究对故障信号监测大多只讨论故障性质区分，或者只讨论故障电弧熄灭判别方法，很少提出同时解决故障性质识别和熄弧时刻确定的自适应重合闸整体实现方案。要实现逆变侧故障后合闸自适应，关键是实现故障性质判别自适应和瞬时性故障熄弧时刻识别自适应。系统发生故障时，断路器等设备的开关信号变化总是滞后于线路电气信号变化。将提取特定电气信号与分析工具结合，进行故障分析已经有广泛研究。依据提取不同的电气量分为：基于电弧特性、基于故障相电压特性和基于并联电抗器电流特性。依据采用分析工具不同分为：数值分析法、现代谱分析等信号处理方法和基于特征工程机器学习和深度学习方法。但以上判据均基于传统交流输电系统，未考虑交直流混联系统直流侧控制特性与换流过程影响。目前已有研究讨论交直流互联线路继电保护问题，但未对熄弧时刻识别进行深入研究。因此，研究考虑直流特性的含直流馈入交流输电线路故障信号监测方法与系统，有利于电力系统重合闸方案制定，提升电网控制与保护水平。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种交直流混联电力线路故障信号监测方法及系统，以带并联电抗器输电线路发生单相接地短路故障两端断路器跳闸后故障相端电压信号为研究对象，通过故障信号提取和程序计算可进行熄弧时刻识别，为系统重合闸装置提供合闸触发信号。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该交直流混联电力线路故障信号监测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1含直流馈入的交流输电系统发生单相接地短路故障，故障相两端在继电保护装置的控制作用下进行单相断路器跳闸操作；S2对故障相端电压信号进行采集，提取故障相电压连续变化的幅值特征；S3对故障相端电压进行快速傅里叶分析，求取故障相端电压幅值谱，并计算基波和各次谐波含量；S4定义时移电压能量值和时移电压能量比函数，求取电压时移能量分布作为故障特征，进行故障性质判别和熄弧时刻识别；
S5计算时移电压能量比，当检测到时移电压能量比超过预定值时，判定该故障为瞬时性故障并确定为熄弧时刻，并经过重合时延发出合闸指令；S6计算时移电压能量比，检测移电压能量比始终未达到超过预定值时，持续认定为永久性故障，闭锁重合闸。
[0006]优选的，所述方法还包括，定义时移电压能量比为：；其中，为第个时间窗内各采样点电压的绝对值和，为第个时间窗的电压能量值，为按时间依次移动计算的第个时间窗内电压能量比。
[0007]优选的，所述方法还包括，相二次电弧阶段静电耦合电压瞬时值表达式为：；其中，，为弧道电阻；中，为相间补偿电感；为相间等效电容，为工频电压幅值，为工频电压角频率，为虚数单位，为工频电压初相位；恢复电压阶段的静电耦合电压瞬时值为：；其中，为低频振荡角频率，，中，为对地等效电感，为故障相对地电容。
[0008]恢复电压阶段故障相电压信号表达式为：。
[0009]优选的，对所述的故障相电压信号进行快速傅里叶分析，求取故障相端电压幅值谱，其中电压实部和电压虚部为：
；；第条电压谱线幅值为：；其中，为当前采样点个数，为采样点电压瞬时值，为采样点总数，。
[0010]优选的，所述方法还包括，交流输电线路单相接地故障搭建基于控制论的动态电弧模型模拟实际接地电弧情况，一次电弧动态特性如下：；；；其中，为一次电弧时变电导；为电弧稳态电导；为一次电弧电流绝对值；为单位长度静态电弧压降；为一次电弧长度；为时间常数；为比例系数，；为一次电弧电流最大值；二次电弧动态特性如下：；；；
；其中，为一次电弧时变电导；为电弧稳态电导；为时间常数；为二次电弧电流绝对值；为二次电弧长度；为二次电弧产生时间；为比例系数；为电弧电压单位值，单位是；为二次电弧电流最大值。
[0011]优选的，所述的熄弧时刻判定采用10kHz采样频率来提取故障相端电压信号。
[0012]优选的，所述方法还包括，应用滑动窗口原理，设定10ms的滑动时间窗长度，移动步长为100，沿滑动方向依次计算每个时间窗电压能量比。
[0013]优选的，所述方法还包括，设定断路器跳闸后40ms时间裕度再进行计算。
[0014]优选的，当检测到时移电压能量比的时域脉冲时，脉冲时刻即认定为熄弧时刻，设置0.5ms固定时延进行合闸操作。
[0015]一种交直流混联电力线路故障信号监测系统，其特征在于：包括：电压信号采集模块，用于监测电压信号波动，检测输电线路单相接地短路故障与故障相选择；电压信号预处理模块，用于获取采集故障电压信号的频谱特征；电压信号计算模块，用于计算电压信号时移电压能量比熄弧时刻识别判据；重合闸操作控制模块，用于将故障相电压检测能量比信号转化为重合闸指令，在永久性故障下发出重合闸闭锁指令，在瞬时性故障后发出重合闸指令。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：本交直流混联电力线路故障信号监测方法与系统可在实现故障性质判别的前提下实现熄弧时刻判定；主要通过输电线路跳闸后自身电气特征，即通过故障相电压信号采集，经计算即可得到故障判别结果，无需附加量测支路或设备，方案可行且高效。实际判定熄弧时间均大于实际熄弧时间0.5000s，故无重合于未熄弧的现象发生；相较于已有识别方案和传统自动重合闸0.6~1.5s的固定开断时延，能够在发生换相失败时准确判定故障性质，并且将熄弧时刻识别判定时间由半个工频周期的10ms缩短至1ms内，极大地提高重合效率；不受故障位置、过渡电阻、并联补偿度大小影响，且对强度在60dB以下的系统噪声具有较强自适应能力。保护方法耐受测量元件正常范围内噪声影响，具有一定模态混叠能力。在实际运行中，信号采集需要进行适当去噪处理或保护判据保留更为合适的安全裕度。
附图说明
[0017]图1为基于控制论的动态电弧数学模型；图2为熄弧前后故障相电压静电耦合回路等效示意图；图3为本专利技术滑动时间窗方案示意图；图4为含直流馈入交流系统单相接地短路故障示意图；图5为故障相电压频谱分析示意图；图6为实际电弧熄弧时刻示意图；图7为故障位置A电压能量值计算结果；
图8为故障位置A电压能量比计算结果；图9为交直流混联电力线路故障信号监测系统框架示意图。
具体实施方式
[0018]图1~图9是本专利技术的最佳实施例，下面结合附图1~图9对本专利技术作进一步说明。
[0019]一种交直流混联电力线本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种交直流混联电力线路故障信号监测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1含直流馈入的交流输电系统发生单相接地短路故障，故障相两端在继电保护装置的控制作用下进行单相断路器跳闸操作；S2对故障相端电压信号进行采集，提取故障相电压连续变化的幅值特征；S3对故障相端电压进行快速傅里叶分析，求取故障相端电压幅值谱，并计算基波和各次谐波含量；S4定义时移电压能量值和时移电压能量比函数，求取电压时移能量分布作为故障特征，进行故障性质判别和熄弧时刻识别；S5计算时移电压能量比，当检测到时移电压能量比超过预定值时，判定该故障为瞬时性故障并确定为熄弧时刻，并经过重合时延发出合闸指令；S6计算时移电压能量比，检测移电压能量比始终未达到超过预定值时，持续认定为永久性故障，闭锁重合闸。2.根据权利要求1所述的交直流混联电力线路故障信号监测方法，其特征在于：所述方法还包括，定义时移电压能量比为：；其中，为第个时间窗内各采样点电压的绝对值和，为第个时间窗的电压能量值，为按时间依次移动计算的第个时间窗内电压能量比。3.根据权利要求1所述的交直流混联电力线路故障信号监测方法，其特征在于：所述方法还包括，相二次电弧阶段静电耦合电压瞬时值表达式为：；其中，，为弧道电阻；中，为相间补偿电感；为相间等效电容，为工频电压幅值，为工频电压角频率，为虚数单位，为工频电压初相位；恢复电压阶段的静电耦合电压瞬时值为：；其中，为低频振荡角频率，，中，
为对地等效电感，为故障相对地电容；恢复电压阶段故障相电压信号表达式为：。4.根据权利要求1所述的交直流混联电力线路故障信号监测方法，其特征在于：对所述的故障相电压信号进行快速傅里叶分析，求取故障相端电压幅值谱，其中电压实部和电压虚部为：；；第条电压谱线幅值为：；其中，为当前采样点个数，为采样点电压瞬时值，为采样点总数，。5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：何柏娜，吴硕，赵云伟，董彦辰，刘洋，孟凡涛，孟繁玉，黄桂春，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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