本发明专利技术为一种识别特高压直流输电线路区内外故障的形态峰谷检测方法。直流线路发生故障后，启动元件启动，应用Ｋａｒｅｎｂａｕｅｒ变换对整流侧保护安装处测得的两极直流电压暂态信号进行电磁解耦，求出线模电压。采用Ｔｏｐ－Ｈａｔ和Ｂｏｔｔｏｍ－Ｈａｔ算子计算故障发生后５ｍｓ，采样间隔０．１ｍｓ，采样序列长度为５０的离散线模电压信号，提取线模电压信号中所包含的波峰、波谷数据，计算结果为两组序列长度为５０的数据，对这两组数据求绝对值，求取两组数据绝对值的最大值即为线模电压的波峰谷最大值。根据波峰谷最大值的大小，区分区内、区外故障。大量仿真结果表明，本发明专利技术效果良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统继电保护
，具体地说是一种识别特高压直流输电线 路区内外故障的形态峰谷检测方法。
技术介绍
目前，世界上广泛采用行波保护作为高压直流输电线路保护的主保护，它是利用 故障瞬间所传递的电流、电压行波来构成超高速的线路保护。而且大多数的工程中都采用 ABB和SIEMENS两家公司提供的直流线路保护。其保护是以电流梯度、电压行波变换率和电 压行波突变量作为判据，但是其保护容易受过渡电阻的影响，特别是当区外故障，故障行波 通过直流线路末端的平波电抗器和直流滤波器，其电压变换率减小，容易引起保护误动或 拒动，对直流系统的稳定运行有很大的影响。因此以变化率为判据的直流系统的主保护容 易受过渡电阻、噪声干扰、故障距离等影响。直流输电系统主要包括两部分，一部分是直流输电线路，另一部分由安装于直流 线路两端的平波电抗器与直流滤波器组成。平波电抗器与直流滤波器构成了直流输电线路 高频暂态量的“天然”边界，该边界能够滤除边界外产生的高频信号，边界内的串联电感和 并联电容能够降低行波陡度。因为边界的存在，当区外发生故障时，在故障后短时窗内，故 障点的时域行波波形是直角波，通过折射到达保护安装处的暂态电压行波，波头陡度已经 大幅减小，保护安装处检测到的线模电压波形变化平缓，在短时窗内没有显著的波峰波谷 特征。当发生区内故障，在故障后短时窗内观察到的波形是线路等值LC回路在电路结构发 生改变后的暂态响应和行波在线路内的折反射所叠加而成的，由于没有经过“边界”的滤波 作用，在短时窗内的波形，表现出显著的波峰波谷的特征。基于这种时域波形的特征，本发 明提出一种利用数学形态学检测线模电压波峰波谷来识别特高压直流输电线路区内外故 障的方法。
技术实现思路
本专利技术的目是提供一种采用数学形态学识别特高压直流输电线路区内外故障的 形态峰谷检测方法。本专利技术采用数学形态学识别特高压直流输电线路区内外故障的形态峰谷检测方 法按以下步骤进行(1)直流线路发生故障后，启动元件立即启动，选取保护安装处测得的两极直流电 压，根据Karenbauer变换矩阵求出保护安装处的线模电压U1GO为Ux (k)=(U+ (k) _ U.(k))/ V2(1)式中，U+(k)为直流输电线路正极直流电压，U_(k)为直流输电线路负极直流电压， k = 1、2、3. ... N，N为采样序列长度；(2)采样频率10kHz，保护安装处的线模电压采样序列长度为50，利用数学形态学 中的Top-Hat算子和Bottom-Hat算子检测线模电压的波峰和波谷3 Th (U1 (k)) = U1 (k) - (U1 (k) O g)(2) Bh (U1 (k)) = U1 (k) - (U1 (k) · g)(3)式中=Th(U1GO)为线模电压的波峰数据，Bh(U1GO)为为线模电压的波谷数据，g 为数学形态学中的结构元素，本专利技术中采用的是半径为4的圆结构元素，O表示数学形态 学中的开运算， 表示数学形态学中的闭运算；(3)求取Th(U1)和Bh(U1)的绝对值，并求出两者的绝对值中的最大值Mbt (U1 (k)，g) = max (| Th (U1 (k)) |，| Bh (U1 (k)) |)(4)式中=Mbt(U1 (k)，g)为 Th (U1 (k))和 Bh (U1 (k))的绝对值的最大值，Th (U1 (k))求绝 对值后得到Th(U1GO) I ,Bh(U1GO)求绝对值后得到IBh(U1GO) I ；(4)区内外故障的甄别判据，当Mbt(U1Gc), g)彡1时为区外故障，当Mbt(U1Gc), g) > 1时为区内故障。以下是本专利技术的设计原理1.边界元件特高压直流输电系统结构图如图1所示。图1中，送电容量为5000MW，整流侧和逆 变侧的无功补偿容量分别为3000Mvar和3040Mvar ；每极换流单元由2个12脉冲换流器串 联组成，直流输电线路为六分裂导线，全长为1500km，采用J. R. Marti频率相关模型；线路 两侧装有400mH的平波电抗器；M点为保护安装处。本专利技术创造性地提出了以平波电抗器和直流滤波器构成其物理边界，并对其幅频 特性进行了分析。如图2所示，其中U1为区外暂态电压，U2为U1经边界传变至直流线路保 护安装处的电压；Bi、B2、B3、B4为直流滤波器避雷器,D1为平波电抗器避雷器、D2为直流母线 避雷器，本专利技术将避雷器I、B2、B3、B4、Dp D2统称为边界避雷器。Bp B2额定电压为150kV， B3、B4额定电压为75kV，D^ D2额定电压为824kV。图 2 中，L = 400mH、L1 = 39. 09mH、L2 = 26. 06mH、L3 = 19. 545mH、L4 = 34. 75mH、 C1 = 0. 9 μ F、C2 = 0. 9 μ F、C3 = 1. 8 μ F、C4 = 0. 675 μ F。当区外发生故障时，产生的电压行波，通过折射到达保护安装处的暂态电压行波， 由于平波电抗器和直流滤波器组成的“边界”的滤波作用，波头陡度都已经大幅减小，保护 安装处检测到的线模电压波形变化平缓，在短窗内的时域波形没有显著的波峰波谷特征。 当发生区内故障，初始电压波没有经过“边界”的滤波作用，在短窗内的时域波形表现出显 著的波峰波谷的特征。2.数学形态学的基本理论数学形态学是一种由集合论和积分几何学发展而来的非线性信号处理和分析工 具，其主要内容是通过一整套变换和算法，用以描述信号的基本特征或基本结构。数学形态 学的两种基本的形态函数是灰值膨胀和灰值腐蚀，灰值膨胀和灰值腐蚀的定义如下(f g) (n) = max (f (n-x)+g (χ)) (n_x) e Df 且 χ e Dg (1)(f Θ g) (η) = min (f (η+χ) -g (χ)) (η+χ) G Df 且 χ e Dg (2)式(1)和式(3)中， 表示灰值膨胀，Θ表示灰值腐蚀，f (η)是需要处理的一维信 号，其定义域为η= {0,1,2,…，N}，Ν为信号序列长度，g(x)是一维结构元素序列，其定义 域χ = {0,1,2,…，P}，P为结构元素的长度，且P彡N。定义将序列先腐蚀后膨胀的运算为灰值开运算，先膨胀后腐蚀的运算为灰值闭运算，则开运算和闭运算的数学表达式如下fog = f@g g(3)f . g = f g@g(4)式(3)和式(4)中，f ο g为待处理的一维信号序列f(n)与结构元素g做灰值开 运算，f g为序列f(n)与结构元素g做灰值闭运算。灰值开运算与闭运算具有滤波的效 果，开运算可以看作是由结构元素g(x)构成的小球沿着f (η)波形的下沿从一端滚动到另 一端，在此过程中结构元素g(x)构成的小球将削弱所有比其直径小的波峰的尖锐度和高 度，经过开运算后的f(n)波形下沿的任意一点均能接触到结构元素g(x)构成的小球。与 开运算的效果相反，闭运算是由小球沿着f (η)波形的上沿滚动，所有比小球直径小的波谷 将被填充，尖锐度将被削弱，经过闭运算后的f(n)波形上沿的任意一点均能接触到结构元 素g(x)构成的小球。由于开运算消除了原始波形中的波峰，所以利用原始波形和经过开运本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种识别特高压直流输电线路区内外故障的形态峰谷检测方法，其特征在于按以下步骤进行：（１）直流线路发生故障后，启动元件立即启动，读取保护安装处采集的两极直流电压Ｕ↓［＋］（ｋ）和Ｕ↓［－］（ｋ），根据Ｋａｒｅｎｂａｕｅｒ变换矩阵解耦线路之间的电磁联系求出保护安装处的线模电压Ｕ↓［１］（ｋ）为：Ｕ↓［１］（ｋ）＝（Ｕ↓［＋］（ｋ）－Ｕ↓［－］（ｋ））／＊（１）式中，Ｕ↓［＋］（ｋ）为直流输电线路正极直流电压，Ｕ↓［－］（ｋ）为直流输电线路负极直流电压，ｋ＝１、２、３．．．．Ｎ，Ｎ为采样序列长度；（２）采样频率１０ｋＨｚ，采样序列长度为５０，利用数学形态学中的Ｔｏｐ－Ｈａｔ算子和Ｂｏｔｔｏｍ－Ｈａｔ算子检测线模电压的波峰和波谷：Ｔｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））＝Ｕ↓［１］（ｋ）－（Ｕ↓［１］（ｋ）оｇ）（２）Ｂｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））＝Ｕ↓［１］（ｋ）－（Ｕ↓［１］（ｋ）.ｇ）（３）式中：Ｔｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））为线模电压的波峰数据，Ｂｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））为线模电压的波谷数据，ｇ为数学形态学中的结构元素，本专利技术中采用的是半径为４的圆结构元素，о表示数学形态学中的开运算，.表示数学形态学中的闭运算；（３）求取Ｔｈ（Ｕ↓［１］）和Ｂｈ（Ｕ↓［１］）的绝对值，并求出两者的绝对值中的最大值：Ｍ↓［ＢＴ］（Ｕ↓［１］（ｋ），ｇ）＝ｍａｘ（｜Ｔｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））｜，｜Ｂｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））｜）（４）式中：Ｍ↓［ＢＴ］（Ｕ↓［１］（ｋ），ｇ）为Ｔｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））和Ｂｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））的绝对值的最大值，Ｔｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））求绝对值后得到｜Ｔｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））｜，Ｂｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））求绝对值后得到｜Ｂｈ（Ｕ↓［１］（ｋ））｜；（４）区内外故障的甄别判据，当Ｍ↓［ＢＴ］（Ｕ↓［１］（ｋ），ｇ）≤１时为区外故障，当Ｍ↓［ＢＴ］（Ｕ↓［１］（ｋ），ｇ）＞１时为区内故障。...
【技术特征摘要】
一种识别特高压直流输电线路区内外故障的形态峰谷检测方法，其特征在于按以下步骤进行(1)直流线路发生故障后，启动元件立即启动，读取保护安装处采集的两极直流电压U+(k)和U (k)，根据Karenbauer变换矩阵解耦线路之间的电磁联系求出保护安装处的线模电压U1(k)为 <mrow><msub> <mi>U</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>U</mi><mo>+</mo> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub><mi>U</mi><mo>-</mo> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><...
【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，曹璞璘，田鑫萃，张广斌，孙士云，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]
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