一种基于小波能量比值的逆变站区内外故障识别方法转让专利
申请号 : CN202110843699.8
文献号 : CN113625105B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 林圣 , 许婷苇 , 牟大林
申请人 : 西南交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于小波能量比值的逆变站区内外故障识别方法,其特征在于,包括以下步骤:A、数据采集
以采样频率fs=10kHz实时采集电流数据:实时采集逆变站的n个换流变压器TB1~TBn一次侧的三相电流信号,分别为ia_TB1(t)、ib_TB1(t)、ic_TB1(t),ia_TB2(t)、ib_TB2(t)、ic_TB2(t),…,ia_TBn(t)、ib_TBn(t)、ic_TBn(t);实时采集交流滤波器出口处的三相电流信号,分别为ia_ACF(t)、ib_ACF(t)、ic_ACF(t),其中t为采样时刻;
B、电流分量的模量计算
B1、分别计算换流变压器一次侧a相、b相以及c相电流之和ia_TB(t)、ib_TB(t)、ic_TB(t),算式为:
B2、计算ia_TB(t)、ib_TB(t)、ic_TB(t)的电流分量Δia_TB(t)=ia_TB(t)‑ia_TB(t‑T)、Δib_TB(t)=ib_TB(t)‑ib_TB(t‑T)、Δic_TB(t)=ic_TB(t)‑ic_TB(t‑T);计算ia_ACF(t)、ib_ACF(t)、ic_ACF(t)的电流分量Δia_ACF(t)=ia_ACF(t)‑ia_ACF(t‑T)、Δib_ACF(t)=ib_ACF(t)‑ib_ACF(t‑T)、Δic_ACF(t)=ic_ACF(t)‑ic_ACF(t‑T);其中T表示一个交流工频周期;
B3、对Δia_TB(t)、Δib_TB(t)、Δic_TB(t)进行相模变换得到换流变压器一次侧a相、b相以及c相总电流分量的模量,为ΔiTB(t)=[2×Δia_TB(t)‑Δib_TB(t)‑Δic_TB(t)]/3;对Δia_ACF(t)、Δib_ACF(t)、Δic_ACF(t)进行相模变换得到交流滤波器出口处电流分量的模量,为ΔiACF(t)=[2×Δia_ACF(t)‑Δib_ACF(t)‑Δic_ACF(t)]/3;
C、故障时刻的确定
C1、计算逆变站交流母线三相电压ua(t)、ub(t)、uc(t)的电压分量Δua(t)=ua(t)‑ua(t‑T)、Δub(t)=ub(t)‑ub(t‑T)、Δuc(t)=uc(t)‑uc(t‑T);
C2、求Δua(t)、Δub(t)、Δuc(t)绝对值的最大值Δumax=max(|Δua(t)|、|Δub(t)|、|Δuc(t)|);判断Δumax>Δuset是否成立,若否,则返回步骤A;若是,则确定发生了故障,记录此时为故障时刻,将此时刻记为算法启动时刻,并进入下一步;其中Δuset为识别算法启动阈值;
D、小波能量比值的求取
D1、使用dB1小波对信号ΔiTB(t)、ΔiACF(t)执行一层小波分解,产生的细节系数即为小波变换系数,信号ΔiTB(t)的小波变换系数记为WT,信号ΔiACF(t)的小波变换系数记为WF;
由小波变换原理可知,信号ΔiTB(t)、ΔiACF(t)高频小波能量所对应的频率范围为2.5kHz<f<5kHz;
D2、分别计算ΔiTB(t)、ΔiACF(t)的高频小波能量, 其中j=1代表算法启动后的第一个采样点,N代表积分时间窗内采样点的个数;
D3、计算ΔiTB(t)与ΔiACF(t)的高频小波能量比值EF/ET,定义kE=EF/ET;
E、逆变站区内外故障识别
判断kE>kset是否成立,若是,则判断发生的故障为逆变站区外故障,若否,则判断发生的故障为逆变站区内故障,其中kset为故障识别阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于小波能量比值的逆变站区内外故障识别方法,其特征在于,所述识别算法启动阈值Δuset的取值为0.01~0.1倍故障启动所用电压测点处电压的额定值。
3.根据权利要求1所述的一种基于小波能量比值的逆变站区内外故障识别方法,其特征在于,所述积分时间窗内采样点的个数N取值为10。
4.根据权利要求1所述的一种基于小波能量比值的逆变站区内外故障识别方法,其特征在于,所述故障识别阈值kset取值为5。
说明书 :
一种基于小波能量比值的逆变站区内外故障识别方法
技术领域
背景技术
时逆变站设 备损坏,实际工程为逆变站配置了多类保护,然而现场的运行经验表明,逆变
站区外交流系 统故障导致逆变站保护误动作的事件时有发生,严重时将引起直流系统闭
锁,威胁电网安全 稳定,即逆变站的部分保护缺乏对于逆变站区内外故障的辨识能力。因
此,为防止逆变站保 护在区外故障时误动作,亟需引入一种逆变站区内外故障识别方法,
赋予逆变站保护识别逆 变站区内外故障的能力。
发明内容
(t),…, ia_TBn(t)、ib_TBn(t)、ic_TBn(t);实时采集交流滤波器出口处的三相电流信号,分别
为ia_ACF(t)、ib_ACF(t)、 ic_ACF(t),其中t为采样时刻。
ic_ACF(t)的故障分量Δia_ACF(t)=ia_ACF(t)‑ia_ACF(t‑T)、Δib_ACF(t)=ib_ACF(t)‑ib_ACF(t‑T)、
Δic_ACF(t)=ic_ACF(t)‑ic_ACF(t‑T);其中T表示 一个交流工频周期。
3;对Δia_ACF(t)、Δib_ACF(t)、 Δic_ACF(t)进行相模变换得到交流滤波器出口处电流故障分
量的模量,为 ΔiACF(t)=[2×Δia_ACF(t)‑Δib_ACF(t)‑Δic_ACF(t)]/3。
记录此时为故障 时刻,将此时刻记为算法启动时刻,并进入下一步;其中Δuset为识别算法
启动阈值。
为WF;由小 波变换原理可知,信号ΔiTB(t)、ΔiACF(t)高频小波能量所对应的频率范围为
2.5kHz
的辨识能力, 为提高逆变站保护的可靠性打下理论基础。
通信来汇总 采集到的信号数据。
的逆变站 区内外故障识别方法,综上本发明所提方法适用于所有的高压直流输电工程。
可靠识 别出故障发生于逆变站区内还是逆变站区外,说明了本发明适应性强,可靠性高。
附图说明
具体实施方式
(t),…, ia_TBn(t)、ib_TBn(t)、ic_TBn(t);实时采集交流滤波器出口处的三相电流信号,分别
为ia_ACF(t)、ib_ACF(t)、 ic_ACF(t),其中t为采样时刻。
ic_ACF(t)的故障分量Δia_ACF(t)= ia_ACF(t)‑ia_ACF(t‑T)、Δib_ACF(t)=ib_ACF(t)‑ib_ACF(t‑
T)、Δic_ACF(t)=ic_ACF(t)‑ic_ACF(t‑T);其中T表示 一个交流工频周期。
3;对Δia_ACF(t)、Δib_ACF(t)、 Δic_ACF(t)进行相模变换得到交流滤波器出口处电流故障分
量的模量,为 ΔiACF(t)=[2×Δia_ACF(t)‑Δib_ACF(t)‑Δic_ACF(t)]/3。
记录此时为故障 时刻,将此时刻记为算法启动时刻,并进入下一步;识别算法启动阈值Δ
uset的取值为0.01~0.1 倍故障启动所用电压测点处电压的额定值。
为WF;由小 波变换原理可知,信号ΔiTB(t)、ΔiACF(t)高频小波能量所对应的频率范围为
2.5kHz
电系统逆变站区内外故障分布示意图如附图1所示,其中f1代表换流变压器一次侧故障,f2
代表换流变压器二次侧故障,f3代表换流器直流侧出口故障,均为逆变站区内故障;f4‑L1代
表交流线路L1上发生的故障,为逆变站区外故障。在模型上设置换流变压器TB1一次侧f1处
A相发生金属性接地故障,信号ΔiTB(t)与ΔiACF(t)经小波变换后的高频小波能量如附图2
所示, 计算可得kE=0.9862<5,可判断出故障为逆变站区内故障;在模型上设置交流线路L1
上点f4‑L1处A相发生金属性接地故障,故障距离,即距离换流母线的距离为10km,信号ΔiTB
(t)与ΔiACF(t) 经小波变换后的高频小波能量如附图3所示,计算可得kE=22.8290>5,可
判断出故障为逆变 站区外故障。
故障进行识 别,得到的仿真结果如表1所示。表1中AG表示A相接地故障,ABG代表AB两相接
地故 障,ABCG代表三相接地故障;表1中的故障距离代表f4‑L1距离换流母线的距离;f1、f2、
f3、 f4‑L1的过渡电阻均为60Ω,故障初始角均为0°。
障。 因此可知,无论故障发生于逆变站区内还是逆变站区外,本发明均能够准确识别,与本
发明 所要实现的目的一致。
到的仿真 结果如表2所示。以A相接地故障为例,其中f4‑L1处发生的故障在距离换流母线
10km处, 故障初始角均为0°。
大于 5,此时判断发生的故障为逆变站区外故障。因此可知,无论故障发生于逆变站区内还
是逆变 站区外,本发明均能够准确识别,与本发明所要实现的目的一致。
识别,得到 的仿真结果如表3所示。以A相接地故障为例(过渡电阻设置为60Ω),f4‑L1处发
生的故障 在距离换流母线30km处。
kE均 大于5,此时判断发生的故障为逆变站区外故障。因此可知,无论故障发生于逆变站区
内还 是逆变站区外,本发明均能够准确识别,与本发明所要实现的目的一致。
相接地故 障为例,且过渡电阻设置为60Ω,f4‑L1处发生的故障在距离换流母线60km处,故
障初始角 为0°,得到的仿真结果如表4所示。
障 为逆变站区外故障。因此可知,无论故障发生于逆变站区内还是逆变站区外,本发明均
能够 准确识别,与本发明所要实现的目的一致。