高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備的製作方法
2023-04-26 07:31:51
高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備，所述方法包括：獲取高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號；對接地極線路高電壓信號的直流分量進行降壓；對接地極線路高電壓信號的交流分量進行降壓；對降壓後的電壓交流分量進行數模混合最優濾波處理；獲取接地極線路大電流信號；對大電流信號的直流分量進行轉換；對轉換後的電流直流分量進行取樣處理；對大電流信號的交流分量進行轉換；對轉換後的電流交流分量進行取樣處理；對第二取樣電壓進行數模混合最優濾波處理；進行A/D轉換；對所述的數位訊號進行故障特徵的識別。解決了現有技術中的故障錄波裝置無法準確獲取暫態故障信息並且容易引起誤動作的問題。
【專利說明】高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備
【技術領域】
[0001]本發明關於高壓直流輸電【技術領域】，特別是關於高壓直流輸電系統的故障識別技術，具體的講是一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備。
【背景技術】
[0002]我國的能源與負荷中心在地域上分布極不均衡，決定了我國能源遠距離、大規模流動的必然趨勢。高壓直流輸電以其送電容量大、輸送距離遠的優點，在能源流動中具有不可替代的地位。
[0003]高壓直流輸電技術在很多方面不同於交流輸電，有它自身固有的特點和技術要求，接地極設計技術就是其中的一例。接地極線路(又叫接地極引出線)是高壓直流輸電系統中必不可缺的重要組成部分。直流接地極線路的電壓較低，經過地區多為山區，雷雨頻繁，線路發生故障概率較大。接地極線路發生故障後會影響直流雙極系統，嚴重時甚至會造成雙極閉鎖。當檢測到接地極線路發生接地故障時，如果能夠及時準確地判斷出故障類型，並啟動相應保護控制措施，不但可以降低接地極線路瞬時故障導致直流停運的概率，保持系統的功率輸送，而且可有效保障直流系統的穩定運行。
[0004]接地極線路故障主要有穩態故障和暫態故障。穩態故障持續時間長，現有技術中的故障錄波裝置能夠較容易識別。暫態故障持續時間短、衝擊大，現有技術中的故障錄波裝置無法準確獲取暫態故障信息，並且容易引起誤動作。當接地極發生暫態故障時，接地極相關的電壓、電流、溫度、中性母線電壓、電流等都會產生瞬態變化，這些瞬態變化具有很高的帶寬，需要很高的採樣率才能不失真地獲得。一方面，現有的故障錄波裝置採樣率無法準確的採集線路參量信息，另一方面，現有故障錄波裝置僅僅藉助一種參量(如電壓或者電流)信息判斷接地極的故障，很難準確判斷出故障類型，如由於雷擊的暫態故障將無法正確識別，這將導致保護裝置誤動作造成雙極閉鎖。
[0005]因此，針對接地極故障特徵的識別，特別是暫態故障特徵識別方面，如何研發一種能夠準確判斷接地極故障類型的方案，提高接地極運行的可靠性是本領域亟待解決的技術難題。
[0006]本發明是在國家863計劃項目基金(2012AA050209)資助下，提出了一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術中的故障錄波裝置無法準確獲取暫態故障信息並且容易引起誤動作的問題，本發明提供了一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備，利用數模混合最優濾波測量技術解決了接地極故障信息採集裝置精度差、誤報率高的問題和在暫態條件下實時高精度測量接地極線路電參量信息的問題，利用小波分頻帶測量，解決了接地極故障特徵提取與識別問題，提高了故障特徵識別精度和可靠性。
[0008]本發明的目的之一是，提供一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法，包括:獲取高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號；對所述的接地極線路高電壓信號的直流分量進行降壓，得到降壓後的電壓直流分量；對所述的接地極線路高電壓信號的交流分量進行降壓，得到降壓後的電壓交流分量；對降壓後的電壓交流分量進行數模混合最優濾波處理，得到第一濾波電壓；獲取高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號；對所述的接地極線路大電流信號的直流分量進行轉換，得到轉換後的電流直流分量；對所述轉換後的電流直流分量進行取樣處理，得到第一取樣電壓；對所述的接地極線路大電流信號的交流分量進行轉換，得到轉換後的電流交流分量；對所述轉換後的電流交流分量進行取樣處理，得到第二取樣電壓；對所述的第二取樣電壓進行數模混合最優濾波處理，得到第二濾波電壓；對降壓後的電壓直流分量、所述的第一濾波電壓、第一取樣電壓、第二濾波電壓進行模擬/數字Α/D轉換，得到數位訊號；對所述的數位訊號進行故障特徵的識別。
[0009]本發明的目的之一是，提供了一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備，所述的設備具體包括:流電壓互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號的直流分量進行降壓，得到降壓後的電壓直流分量；交流電壓互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號的交流分量進行降壓，得到降壓後的電壓交流分量；電壓數模混合最優濾波器，用於對降壓後的電壓交流分量進行數模混合最優濾波處理，得到第一濾波電壓；直流電流互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號的直流分量進行轉換，得到轉換後的電流直流分量；直流取樣器，用於對所述轉換後的電流直流分量進行取樣處理，得到第一取樣電壓；交流電流互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號的交流分量進行轉換，得到轉換後的電流交流分量；交流取樣器，用於對所述轉換後的電流交流分量進行取樣處理，得到第二取樣電壓；電流數模混合最優濾波器，用於對所述的第二取樣電壓進行數模混合最優濾波處理，得到第二濾波電壓；模擬/數字A/D轉換器，用於對降壓後的電壓直流分量、所述的第一濾波電壓、第一取樣電壓、第二濾波電壓進行Α/D轉換，得到數位訊號；數位訊號DSP處理器，用於接收所述的數位訊號，對所述的數位訊號進行故障特徵的識別。
[0010]本發明的有益效果在於，提供了一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法以及設備，不僅解決了現有技術中的故障錄波裝置精度差、誤報率高的問題，而且解決了過去無法在暫態條件下實時高精度測量接地極線路電參量信息的問題，能夠快速準確判斷接地極故障類型，提高了故障特徵識別精度和可靠性。
[0011]為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法的實施方式一的流程圖；
[0013]圖2為圖1中的步驟SI 12的具體流程圖；
[0014]圖3為圖2中的步驟S201的具體流程圖；
[0015]圖4為圖2中的步驟S203的具體流程圖；
[0016]圖5為圖2中的步驟S204的具體流程圖；
[0017]圖6為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法的實施方式二的流程圖；
[0018]圖7為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法的實施方式三的流程圖；
[0019]圖8為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備的實施方式一的結構框圖；
[0020]圖9為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備中DSP處理器1000的結構框圖；
[0021]圖10為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備中數位訊號能量範數確定裝置1001的結構框圖；
[0022]圖11為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備中基波信號能量範數確定裝置1003的結構框圖；
[0023]圖12為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備中故障類型識別裝置1004的結構框圖；
[0024]圖13為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備的實施方式二的結構框圖；
[0025]圖14為本發明實施例提供的一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備的實施方式三的結構框圖；
[0026]圖15為本發明提供的具體實施例中基於小波變換分頻帶測量原理的接地極線路故障特徵提取方法的流程圖；
[0027]圖16為離散小波變換示意圖；
[0028]圖17為離散小波變換對應的子帶分解示意圖；
[0029]圖18為小波多解析度信號分解原理圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0031]現有技術中的故障錄波裝置無法準確獲取暫態故障信息，並且容易引起誤動作。當接地極發生暫態故障時，接地極相關的電壓、電流、溫度、中性母線電壓、電流等都會產生瞬態變化，這些瞬態變化具有很高的帶寬，需要很高的採樣率才能不失真地獲得。
[0032]基於此，本發明提出一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法，圖1為該方法的實施方式一的具體流程圖，由圖1可知，在實施方式一中，所述的方法包括:
[0033]SlOl:獲取高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號，諸如為u (t)。
[0034]S102:對所述的接地極線路高電壓信號的直流分量進行降壓，得到降壓後的電壓直流分量。在具體的實施方式中，該步驟可通過直流電壓互感器來實現，得到降壓後的電壓直流分量諸如為U1 (t)。
[0035]S103:對所述的接地極線路高電壓信號的交流分量進行降壓，得到降壓後的電壓交流分量。在具體的實施方式中，該步驟可通過交流電壓互感器來實現，得到降壓後的電壓交流分量諸如為U2 (t)。
[0036]S104:對降壓後的電壓交流分量進行數模混合最優濾波處理，得到第一濾波電壓。在具體的實施方式中，該步驟可通過數模混合最優濾波器來實現，得到的第一濾波電壓諸如為U3 (t)。
[0037]數模混合最優濾波器完成輸入信號的最優相關濾波，提高輸入信號的信噪比。模擬數字混合最優濾波法是一種新的測量方法，它利用了最優相關濾波理論，可以在最大信噪比準則下，最大限度的濾除高次諧波和加性噪聲的影響。從而較理想的克服幹擾。模擬數字混合最優濾波器以乘法型D/Α轉換器為核心器件，實現模擬量與數字量四象限乘法的運算，具有如下特點:(1)對模擬信號而言，有很高的解析度和非常好的線性度；(2)由於其本質是採用相關測量中的最優濾波原理，因此具有最小方差意義下的最大信噪比和較強的抗幹擾能力；(3)數位訊號的解析度可以提高到D/Α轉換器的1/4LB S。該方法可以實現對模擬信號高分辨力和高準確度地矢量測量，從而實現高分辨力，高準確度的測量。
[0038]S105:獲取高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號，諸如為i (t)。
[0039]S106:對所述的接地極線路大電流信號的直流分量進行轉換，得到轉換後的電流直流分量。在具體的實施方式中，該步驟可通過直流電流互感器來實現，得到轉換後的電流直流分量諸如為I1 (t)，其為小電流信號。
[0040]S107:對所述轉換後的電流直流分量進行取樣處理，得到第一取樣電壓，在具體的實施方式中，該步驟可通過取樣器來實現，得到的第一取樣電壓諸如為U4(t)。
[0041]S108:對所述的接地極線路大電流信號的交流分量進行轉換，得到轉換後的電流交流分量。在具體的實施方式中，該步驟可通過交流電流互感器來實現，得到轉換後的電流交流分量諸如為i2(t)，其為小電流信號。
[0042]S109:對所述轉換後的電流交流分量進行取樣處理，得到第二取樣電壓。在具體的實施方式中，該步驟可通過取樣器來實現，得到的第二取樣電壓諸如為u5(t)。
[0043]SllO:對所述的第二取樣電壓進行數模混合最優濾波處理，得到第二濾波電壓。在具體的實施方式中，該步驟可通過數模混合最優濾波器來實現，得到的第二濾波電壓諸如
Ug (?) O
[0044]Slll:對降壓後的電壓直流分量、所述的第一濾波電壓、第一取樣電壓、第二濾波電壓進行Α/D轉換，得到數位訊號。在具體的實施方式中，該步驟可通過多通道Α/D轉換器來實現，即對U1 (t)、U3 (t)、U4 (t)、U6⑴進行Α/D轉換，得到的數位訊號諸如為f (η)。
[0045]也即，在具體的實施方式中，直流電壓互感器和交流電壓互感器主要完成將接地極線路高電壓信號無失真的轉換到Α/D轉換器可以識別的有效範圍內；直流電流互感器和交流電流互感器主要完成將接地極線路大電流信號無失真的轉換為小電流信號；取樣器主要完成將電流互感器輸出的電流信號轉換為Α/D轉換器可以識別的有效範圍內的電壓信號。
[0046]S112:對所述的數位訊號進行故障特徵的識別。在具體的實施方式中，該步驟可通過DSP處理器來實現，其主要完成整體控制功能以及基於小波變換和模極大值理論的故障特徵提取算法的實現。下面首先介紹小波變換。
[0047] 小波變換的一個重要特點是它能確定函數奇異點的位置和奇異性指數。函數在某點具有奇異性是指信號在該點間斷或它的某階導數不連續。在數學上通常用李氏指數來表徵信號的奇異性。Lipchitz指數α的大小反映了函數在Xtl點奇異性的大小，其值越大，則函數在該點越光滑；反之，則表明函數在該點變化越劇烈。函數在一點連續、可微，則在該點的Lipschitz指數α≥I。在一點可導,而導數有界但不連續時，Lipschitz指數α仍為
I。如果函數在Xtl的Lipschitz指數α，則稱函數在Xci點是奇異的。一個在Xtl點不連續但有界的函數，則該點Lipschitz指數α為-1,如瞬時脈衝函數。
[0048]在高壓直流接地極系統中，電壓一般可認為是標準的基波信號，而影響接地極系統正常工作的故障通常則表現為標準電壓的突變(故障信號、畸變信號)，如:電壓跌落、斷電、過電壓、諧振暫態、脈衝暫態、諧波及暫態諧波等。
[0049]設Θ (t)是一低通平滑函數，且積分為1，無窮遠處衰減為0，記
【權利要求】
1.一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別方法，其特徵是，所述的方法具體包括: 獲取高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號； 對所述的接地極線路高電壓信號的直流分量進行降壓，得到降壓後的電壓直流分量； 對所述的接地極線路高電壓信號的交流分量進行降壓，得到降壓後的電壓交流分量； 對降壓後的電壓交流分量進行數模混合最優濾波處理，得到第一濾波電壓； 獲取高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號； 對所述的接地極線路大電流信號的直流分量進行轉換，得到轉換後的電流直流分量； 對所述轉換後的電流直流分量進行取樣處理，得到第一取樣電壓； 對所述的接地極線路大電流信號的交流分量進行轉換，得到轉換後的電流交流分量； 對所述轉換後 的電流交流分量進行取樣處理，得到第二取樣電壓； 對所述的第二取樣電壓進行數模混合最優濾波處理，得到第二濾波電壓； 對降壓後的電壓直流分量、所述的第一濾波電壓、第一取樣電壓、第二濾波電壓進行模擬/數字Α/D轉換，得到數位訊號； 對所述的數位訊號進行故障特徵的識別。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，對所述的數位訊號進行故障特徵的識別具體包括: 根據所述的數位訊號確定所述數位訊號對應的能量範數； 根據所述的數位訊號確定對應的基波信號； 根據所述的基波信號確定所述基波信號對應的能量範數； 根據所述的數位訊號對應的能量範數、基波信號對應的能量範數識別故障類型。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵是，根據所述的數位訊號確定所述數位訊號對應的能量範數具體包括: 獲取預先設定的所述數位訊號的分解層數； 根據所述的分解層數對所述的數位訊號進行小波變換，得到小波係數矩陣； 根據所述的小波係數矩陣確定所述數位訊號對應的能量範數。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵是，根據所述的基波信號確定所述基波信號對應的能量範數具體包括: 獲取預先設定的所述數位訊號中基波信號的分解層數； 根據所述的分解層數對所述的基波信號進行小波變換，得到基波信號的小波係數矩陣； 根據所述的小波係數矩陣確定所述基波信號對應的能量範數。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵是，根據所述的數位訊號對應的能量範數、基波信號對應的能量範數識別故障類型具體包括: 根據所述的數位訊號對應的能量範數、基波信號對應的能量範數確定故障信號的能量範數； 根據所述故障信號的能量範數提取所述故障信號的特徵量； 根據所述故障信號的特徵量識別出所述的數位訊號對應的故障類型。
6.一種高壓直流輸電系統接地極故障特徵的識別設備，其特徵是，所述的設備具體包括: 直流電壓互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號的直流分量進行降壓，得到降壓後的電壓直流分量； 交流電壓互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路高電壓信號的交流分量進行降壓，得到降壓後的電壓交流分量； 電壓數模混合最優濾波器，用於對降壓後的電壓交流分量進行數模混合最優濾波處理，得到第一濾波電壓； 直流電流互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號的直流分量進行轉換，得到轉換後的電流直流分量； 直流取樣器，用於對所述轉換後的電流直流分量進行取樣處理，得到第一取樣電壓； 交流電流互感器，用於對高壓直流輸電系統的接地極線路大電流信號的交流分量進行轉換，得到轉換後的電流交流分量； 交流取樣器，用於對所述轉換後的電流交流分量進行取樣處理，得到第二取樣電壓；電流數模混合最優濾波器，用於對所述的第二取樣電壓進行數模混合最優濾波處理，得到第二濾波電壓； 模擬/數 字Α/D轉換器，用於對降壓後的電壓直流分量、所述的第一濾波電壓、第一取樣電壓、第二濾波電壓進行Α/D轉換，得到數位訊號； 數位訊號DSP處理器，用於接收所述的數位訊號，對所述的數位訊號進行故障特徵的識別。
7.根據權利要求6所述的設備，其特徵是，所述的DSP處理器具體包括: 數位訊號能量範數確定裝置，用於根據所述的數位訊號確定所述數位訊號對應的能量範數； 基波信號確定裝置，用於根據所述的數位訊號確定對應的基波信號； 基波信號能量範數確定裝置，用於根據所述的基波信號確定所述基波信號對應的能量範數； 故障類型識別裝置，用於根據所述的數位訊號對應的能量範數、基波信號對應的能量範數識別故障類型。
8.根據權利要求7所述的設備，其特徵是，所述的數位訊號能量範數確定裝置具體包括: 數位訊號分解層數獲取模塊，用於獲取預先設定的所述數位訊號的分解層數； 第一小波變換模塊，用於根據所述的分解層數對所述的數位訊號進行小波變換，得到小波係數矩陣； 第一能量範數確定模塊，用於根據所述的小波係數矩陣確定所述數位訊號對應的能量範數。
9.根據權利要求8所述的設備，其特徵是，所述的基波信號能量範數確定裝置具體包括: 基波信號分解層數確定模塊，用於獲取預先設定的所述數位訊號中基波信號的分解層數； 第二小波變換模塊，用於根據所述的分解層數對所述的基波信號進行小波變換，得到基波信號的小波係數矩陣； 第二能量範數確定模塊，用於根據所述的小波係數矩陣確定所述基波信號對應的能量範數。
10.根據權利要求8所述的設備，其特徵是，所述的故障類型識別裝置具體包括:故障信號能量範數確定模塊，用於根據所述的數位訊號對應的能量範數、基波信號對應的能量範數確定故障信號的能量範數； 特徵量提取模塊，用於根據所述故障信號的能量範數提取所述故障信號的特徵量；故障類型識別模塊，用於 根據所述故障信號的特徵量識別出所述的數位訊號對應的故障類型。
【文檔編號】G01R31/00GK103913654SQ201410098344
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】李晉偉, 錢海, 王海軍, 王奇, 宋雲海, 常安, 周震震, 於欽剛, 何紅太 申請人:中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心, 北京國網富達科技發展有限責任公司