一種基於濾波器支路電流多重分形譜特高壓直流線路故障識別方法與流程
2024-02-06 00:03:15
本發明涉及一種基於濾波器支路電流多重分形譜特高壓直流線路故障識別方法，屬於直流線路保護技術領域。
背景技術：
直流輸電線路距離長，跨越地區的環境複雜，發生故障的機率大，實際運行數據顯示，直流線路故障約佔直流輸電系統故障的50％。然而，實際工程表明直流線路保護正確動作的保護率僅50％，有近一半的直流線路故障由控制系統動作，直接閉鎖直流輸電系統，將引起不必要的直流停運。直流線路故障導致直流系統閉鎖，不僅造成了大量的負荷損失，而且對電網的衝擊很大，甚至會影響電網的穩定運行。目前我國已投運的直流輸電線路保護主要以變化率和變化量為基礎的行波保護、微分欠電壓保護、縱聯差動保護和低電壓保護等。通過行波保護在工程實際中的動作情況進行分析發現：以du/dt為核心的行波保護往往不能可靠的響應高阻故障(High impedance fault，HIF)，而作為高阻故障檢測的縱聯差動保護是依靠延時來躲過交流系統故障期間暫態響應以保障其不誤動。同時，為避免功率調整期間不誤動，SIMENS差動保護中又增加了閉鎖邏輯，故此縱聯差動保護出口延時太長，可能會致使縱聯差動保護常常起不到後備保護作用，甚至可能會致使直流控制系統保護先動作，引起不必要的直流閉鎖事故。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種基於濾波器支路電流多重分形譜特高壓直流線路故障識別方法，用以解決上述問題。
本發明的技術方案是：一種基於濾波器支路電流多重分形譜特高壓直流線路故障識別方法，當直流線路發生故障時，採樣頻率為6.4kHz，利用濾波器支路量測端獲取電流數據；選取k(k≥2)個合適的邊長分別為ε1,ε2,……εk的正方形去覆蓋電流i(t)，得到質量分布概率pk(ε)和不均勻程度指標Δα，最後根據不均勻程度指標Δα是否大於定值Δαset來識別直流線路區內外故障。
具體步驟為：
第一步、利用濾波器支路量測端獲得電流i(t)；
第二步、計算質量分布概率pk(ε)為：
式(1)中，ik(ε)採用邊長分別為ε1,ε2,……εk的正方形去覆蓋量測端電流信號i(t)，得到的每個盒子的質量，為所有盒子的質量；
第三步、對質量分布概率pk(ε)用q次方進行加權求和得到配分函數χq(ε)，配分函數χq(ε)與尺度ε存在以下關係：
χq(ε)≡∑pk(ε)q (2)
對於q的求取，可事先給定q一個初值，對不同的q進行循環，根據式(2)得到配分函數χq(ε)；
第四步、對配分函數χq(ε)和盒子邊長ε求取邊長後，再根據式(3)，即可求得廣義維數Dq；
第五步、根據式(4)得到質量指數τ(q)，其本質就是χq(ε)與ε在雙對數坐標曲線上的斜率；
τ(q)＝(q-1)Dq (4)
第六步、根據式(5)和(6)就可以得到標度指數α和具有形同奇異程度α的分形維數f(α)：
f(α)＝qα-τ(q) (6)
第七步、計算不均勻度指標為Δα；
Δα＝αmax-αmin (7)
式(7)中，αmin對應質量分布概率最大的子集，αmax對應質量分布概率最小的子集；
第八步、構造基於多重分型譜的直流線路區內、區外故障的識別判據為：
若Δα≥Δαset，則為區內故障
若Δα＜Δαset，則為區外故障
式中，Δαset為定值。
本發明的有益效果是：基於採用多重分形譜來刻畫直流線路區內、區外故障下的時域波形，並依此構成的保護判據，相較於現行的行波保護耐過渡電阻的能力強。
附圖說明
圖1是本發明雲廣±800kV特高壓直流輸電系統的仿真模型圖；
圖2是本發明距離整流側1300km線路故障下量測端電流圖；
圖3是本發明lnχq(ε)與lnε的關係曲線圖；
圖4是本發明τ(q)與q的關係曲線圖；
圖5是本發明α和f(α)的關係曲線圖；
圖6是本發明全線長範圍內的不均勻度指標Δα的分布圖；
圖7是本發明各種區外故障下不均勻度指標Δα的分布圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，對本發明作進一步說明。
一種基於濾波器支路電流多重分形譜特高壓直流線路故障識別方法，當直流線路發生故障時，採樣頻率為6.4kHz，利用濾波器支路量測端獲取電流數據；選取k(k≥2)個合適的邊長分別為ε1,ε2,……εk的正方形去覆蓋電流i(t)，得到質量分布概率pk(ε)和不均勻程度指標Δα，最後根據不均勻程度指標Δα是否大於定值Δαset來識別直流線路區內外故障。
具體步驟為：
第一步、利用濾波器支路量測端獲得電流i(t)；
第二步、計算質量分布概率pk(ε)為：
式(1)中，ik(ε)採用邊長分別為ε1,ε2,……εk的正方形去覆蓋量測端電流信號i(t)，得到的每個盒子的質量，為所有盒子的質量；
第三步、對質量分布概率pk(ε)用q次方進行加權求和得到配分函數χq(ε)，配分函數χq(ε)與尺度ε存在以下關係：
χq(ε)≡∑pk(ε)q (2)
對於q的求取，可事先給定q一個初值，對不同的q進行循環，根據式(2)得到配分函數χq(ε)；
第四步、對配分函數χq(ε)和盒子邊長ε求取邊長後，再根據式(3)，即可求得廣義維數Dq；
第五步、根據式(4)得到質量指數τ(q)，其本質就是χq(ε)與ε在雙對數坐標曲線上的斜率；
τ(q)＝(q-1)Dq (4)
第六步、根據式(5)和(6)就可以得到標度指數α和具有形同奇異程度α的分形維數f(α)：
f(α)＝qα-τ(q) (6)
第七步、計算不均勻度指標為Δα；
Δα＝αmax-αmin (7)
式(7)中，αmin對應質量分布概率最大的子集，αmax對應質量分布概率最小的子集；
第八步、構造基於多重分型譜的直流線路區內、區外故障的識別判據為：
若Δα≥Δαset，則為區內故障
若Δα＜Δαset，則為區外故障
式中，Δαset為定值。
實施例1：建立如附圖1所示的以雲廣±800kV特高壓直流輸電系統作為仿真模型。整流側和逆變側的交流側無功補償容量分別為3000和3040Mvar，每極換流單元由2個12脈衝換流器串聯組成，直流輸電線路全長為1500km。線路兩側裝有400mH的平波電抗器，直流濾波器為12/24/36三調諧濾波器，整流側接地極線路全長為109km，逆變側接地極線路全長為80km。現假設正極線路距M端100km發生接地故障，過渡電阻為100Ω。
根據步驟一利用濾波器支路量測端Q獲得電流i(t)；根據步驟二和式(1)計算得到質量分布概率pk(ε)；根據步驟三和式(2)計算得到配分函數χq(ε)；根據步驟四和式(4)計算得到廣義維數Dq；根據步驟五和式(4)得到質量指數τ(q)；根據步驟六和式(5)和(6)就可以得到α和f(α)；根據步驟七和式(7)計算不均勻度指標為Δα＝1.2782；根據步驟八，可知Δα＝1.2782＞Δαset，可知為區內故障。
實施例2：建立如附圖1所示的以雲廣±800kV特高壓直流輸電系統作為仿真模型。整流側和逆變側的交流側無功補償容量分別為3000和3040Mvar，每極換流單元由2個12脈衝換流器串聯組成，直流輸電線路全長為1500km。線路兩側裝有400mH的平波電抗器，直流濾波器為12/24/36三調諧濾波器，整流側接地極線路全長為109km，逆變側接地極線路全長為80km。現假設負極線路距M端1000km發生接地故障，過渡電阻為100Ω。
根據步驟一利用濾波器支路量測端Q獲得電流i(t)；根據步驟二和式(1)計算得到質量分布概率pk(ε)；根據步驟三和式(2)計算得到配分函數χq(ε)；根據步驟四和式(4)計算得到廣義維數Dq；根據步驟五和式(4)得到質量指數τ(q)；根據步驟六和式(5)和(6)就可以得到α和f(α)；根據步驟七和式(7)計算不均勻度指標為Δα＝1.5176；根據步驟八，可知Δα＝1.5176＞Δαset，可知為區內故障。
實施例3：建立如附圖1所示的以雲廣±800kV特高壓直流輸電系統作為仿真模型。整流側和逆變側的交流側無功補償容量分別為3000和3040Mvar，每極換流單元由2個12脈衝換流器串聯組成，直流輸電線路全長為1500km。線路兩側裝有400mH的平波電抗器，直流濾波器為12/24/36三調諧濾波器，整流側接地極線路全長為109km，逆變側接地極線路全長為80km。現假設整流側出口發生接地故障，過渡電阻為10Ω。
根據步驟一利用濾波器支路量測端Q獲得電流i(t)；根據步驟二和式(1)計算得到質量分布概率pk(ε)；根據步驟三和式(2)計算得到配分函數χq(ε)；根據步驟四和式(4)計算得到廣義維數Dq；根據步驟五和式(4)得到質量指數τ(q)；根據步驟六和式(5)和(6)就可以得到α和f(α)；根據步驟七和式(7)計算不均勻度指標為Δα＝0.7586；根據步驟八，可知Δα＝0.7586＜Δαset，可知為區外故障。
上面結合附圖對本發明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。