HVDC换相失败小波故障诊断方法
基于UPFC抑制HVDC换相失败的控制方法研究
快速发展。与传统输电方式相比，ＨＶＤＣ 系统具有 长，无功功率受系统电压影响，仅能抑制后续换相
输送相同功率线路造价低、输送容量大、运行可靠、 失败未能有效降低换相失败发生概率。
线路有功损耗小等优点，在大区域联网与远距离大 统一潮流控制器（ ， ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
收稿日期：２０１８－０５－０９；修回日期：２０１８－０６－１９
仿真验证，证明了ＵＰＦＣ 并联侧采用新的控制策略
基金项目：国家自然科学青年基金资助（５１６０７０９２）
后在故障容量较小时可减小ＨＶＤＣ 系统的换相失
刘建坤等：基于ＵＰＦＣ 抑制ＨＶＤＣ 换相失败的控制方法研究
８７
败概率，在故障严重的情况可有效抑制换相失败的 变流器串联接入交流系统，控制交流系统潮流分布。 持续发生，改善ＨＶＤＣ 系统的运行特性。
采取必要措施抑制换相失败，紧急情况下将发生直 系统中的主要作用有：（１）电压调节；（２）无功补
流闭锁，严重威胁电网的安全运行。随着我国投运 偿；（３）可控串补；（４）动态移相［１７］。由于ＵＰＦＣ
的高压直流工程逐渐增多，抑制高压直流系统换相 在一定程度上可以抑制母线电压振荡，提高电力系
失败成为值得关注的首要问题［６－７］。
障水平ＦＬ来表征ＨＶＤＣ 系统的故障严重程度，通过理论分析和ＰＳＣＡＤ／ ＥＭＴＤＣ 仿真验证：当故障水平ＦＬ为１８．７％
时，ＵＰＦＣ 原有控制策略与改善后的控制策略均可抑制换相失败的发生；故障水平ＦＬ为２３．１％时，只有改善后的控
制策略可有效抑制换相失败的发生；故障更为严重，当故障水平达到ＦＬ为９３．５６％时，改善后的控制策略可有效降
８６
年月 ２０１８ ９
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
HVDC换相失败小波故障诊断方法
控制保护策略 ， 以减少故障对系统安全稳定 的影 响．
换 相失 败是 Ｈ Ｄ Ｖ Ｃ系 统 最 常见 的故 障 之一 ， 它将 导
致直流电压下降和直流 电流增大 ， 连续的换 相失败 故障将影响换流设备的正常运行 ， 造成直流功率传 输中断， 严重 威 胁整个 系 统 的安全 稳定 运行 … ． 换相电压幅值下降和相角前移是引发逆变器换 相失败 的主要原 因 ； 逆变 器 内部触 发 电路 的故 障， 如脉 冲延 迟 、 冲 丢失 、 触 发 等也 会 引起 换 相 脉 误
张 尧 林凌 雪 钟 庆
（ 华南理工大学 电力 学院 ， 广东 广州 ５ ０ ４ ） １６ ０
摘 要： 将小波变换应用于高压直 流输 电（ Ｖ Ｃ 系统换相 失败的故障诊 断 中， 于多 ＨＤ） 基 尺 度分析 分 别对 不 同故 障情 况下 的直 流 电流进 行 分 解 ， 利 用 尺度 能 量 和 尺 度熵 这 两 种 并
败故障¨ 所以在研究时不应简单地将这两种故障 ， 分别讨论 ， 而应该综合考虑两者之间的关系． 本文 中研 究 了 Ｈ Ｄ Ｖ Ｃ系 统 发 生 换 相 失 败 和 直
流线路短 路故 障 的 动态 行 为 ， 用 多 尺度 小 波 变 换 利
仅通过简单 的时域或频域分析方法难 以对这些故 障 进行辨识． 文献 ［ ］ ３ 将人工神经网络 （ Ｎ 用于辨 Ａ Ｎ） 识不同类型的换相失败如单次换相失败 、 连续换相 失败 、 多次换相失败等 ， 但该方法是针对逆变器 中单
维普资讯
华 南 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第３ ５卷 第 １ ０期 ２０ ０７年 １ ０月
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕｈ ｏ ｒ ａ ｆ Ｓｏ ｔ Ｃｈｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｙ
HVDC换相失败对交流保护的影响及对策的开题报告
HVDC换相失败对交流保护的影响及对策的开题报
告
一、研究背景
高压直流输电（HVDC）作为电力系统中的一种重要的输电方式，在现代电力系统中得到了广泛应用。
而在HVDC系统中，换流器作为其中最重要的部分之一，其影响着HVDC系统的可靠性和稳定性。
因此，HVDC换相失败对电力系统的稳定性和可靠性产生了重要的影响，对其进行深入研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容
1. HVDC换相失败对电力系统的影响
HVDC换相失败会造成与交流系统的深度耦合，从而影响电力系统的稳定性和可靠性。
首先，换相失败会引起交流系统的瞬时电压和电流浪涌，进而影响交流保护系统的动作。
其次，在交流侧电网和直流侧电网之间的交互作用下，会产生电压振荡、电流震荡、频率偏移等不稳定现象，对电力系统的稳定性和可靠性造成威胁。
2. 对策研究
针对HVDC换相失败对电力系统的影响，可采取以下对策：
（1）提高换流器可靠性，减少换相失败的概率。
（2）采用快速电压保护等技术，增强交流保护器的灵敏度。
（3）增强电力系统的抗干扰能力，减少交流侧电网与直流侧电网之间的相互作用。
三、研究方法
本研究将采用文献研究和案例分析相结合的方法，对HVDC换相失败的原因、机理以及对电力系统的影响进行深入分析，总结出适用于HVDC换相失败对电力系统的保护及对策，提供一定的理论和实践参考。
四、研究成果
通过本研究，可深入掌握HVDC换相失败的机理和对电力系统的影响，为电力系统的保护及运行提供理论和实践上的参考。
同时，本研究将为HVDC换相失败的进一步研究提供一个良好的基础。
交流系统故障对德宝HVDC换相失败的影响分析
组 Ｈ ２ ／６ １ Ｈ ３ ４ Ｓ Ｐ ４３ 、 组 Ｐ 、组 Ｃ。
蠢重
技 术 交 流 与 应 用 Ｊ Ｓ Ｕ ＪＡ Ｉ ＵＹｌＧ Ｙ Ｉ Ｈ Ｉ０ ＬＵ Ｙ Ｎ ０ＮＧ
图４ 德 阳 换流 站控 制 系统 仿 真模 型
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏｄ ｎ ｏ ｓ ｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｃ ｍｍｕ ａ ｉｎ ｆ ｉ ｒ ａ ｓ ｄ ｂ ｅ ｓ ｓ ｍ ａ ｌ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｅ ｔｂ ｉｈ ｓｔ ｅｓｍｕ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｏ ｔｔ ａｌ ｅ ｃ ｕ ｅ ｙ ａ ｙ ｔ ｆ ｕ ｔ ｈ ａ ｅ ｓ ｌ ｅ ｈ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｓ ｄ ｏ ｃ ｕ ｌ ｏ ｕ ｅ ， ａ ｓ ｏ ｂ ｈ ｅ ｕ ｐ ｎ ｉ ａ ｉｎ ｏ ｙ ｎ ｏ ｖ ｒ ｓａｉｎ ａ ｄ Ｓ ｃ ｕ ｎ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ． Ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｗ ｓ ｏ ｒ ｇ ｉ ｑ ｉａ ｅ ｔ， ｑ ｉ ｍｅ ｔｓｔ ｔ ｆＤｅ ａ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔｔ ｎ ｉｈ ａ ｏ ｒｓ ｓ ｕ ｏ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ Ｎｏ ｔ ｅ ｔｐ ｗｅ ｒ ｅ ｕｖ ｌ ｎ ｓ ｈ ｄ ｔｅｐ ｐ ｒ ｈ ａ ｅ
分 ， 是模 型建 立 中最 复杂 的一 部 分 。直 流控 制 系 也
统 主要 分 为整 流 侧控 制 系统 和 逆变 侧控 制 系 统 ． 正 常 方 式 下 ， 流 侧 采 用 定 电流 控 制 ． 变 侧 采 用 定 整 逆
熄弧 角控 制或 者定 电压 控制 。根 据德 宝直 流工程 的
ｓｍｕ ａｅ ｎ ｎ ｌｚ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉｉ ｔ ｆ ｔ ｅ ｃ ｍｍｕ ａｉｎ ｆ ｉ ｒ ｅ ｙ ｉ ｌｔ ｓ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｈ ｏ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｏ ｉ ｔ ｔ ａｌ ｅ ｗｈ ｎ ｓ ｍｍｅｒ ａ ｌ ， ａ ｙ ｏ ｕ ｔ ｃ ｆ ｕ ｔ ｓ ｍｍｅ ｒ ａ ｌ ｎ ｅ ｅ ｅ ｆｕ ｔ ｆ ｉ ｓ ｔ ｃ ｆｕ ｔ ａ ｄ ｓ ｖ ｒ ａ ｌ ｏ ｉ ｓ ｓ
HVDC系统的故障分析
HVDC系统的故障分析近年来，直流输电技术发展迅速。
高压直流输电（HVDC）作为一种经济高效的输电方式，受到了世界各国的高度重视。
所以文章根据HVDC系统的分析了直流输电系统在正常运行条件以及各种典型故障下的响应特性。
标签：HVDC系统；故障分析；直流线路1 HVDC系统的主要故障及其特性文章主要以6脉动换流器作为例子对直流系统几种典型故障进行研究和分析。
1.1 换流器故障换流器故障形式很多，文章主要介绍了整流侧换流阀发生的短路故障这一典型故障。
阀短路故障通常是指换流阀由于所承受的反向电压突然发生大幅度攀升或换流阀的外部绝缘遭到损坏而导致的正反向隔断能力都缺失，即在正反向电压下都能导通。
当换流阀发生短路故障时，会与属于同半桥的正处于导通状态的换流阀构成两相短路。
如果假定触发角α=0°，且在直流线路上的电流为0时发生换流阀短路故障，将导致短路电流达到最大值。
文章以换流阀V1向换流阀V3换相结束时刻出现短路故障为例分析换流阀短路故障特性。
当一个换流阀发生短路故障时，会出现换相电压下降的现象，进而影响另一个换流器的正常工作，使整个换流器输出电流下降，进而减小整个HVDC系统的输送功率[3]。
1.2 直流线路故障HVDC工程大多被应用于跨区域送电，在直流线路上出现的各种类型的故障中，对地短路故障发生的概率最大，大约能够占到直流线路故障的80%以上。
能够引起直流线路对地短路故障的因素有很多，经常出现的不外乎有雷击、污秽、树枝触线等。
发生对地短路故障时，由于线路上原本存储的电场能量瞬间释放，会造成电流急剧上升，而这一电流的大小与故障发生地点与整流站之间的距离相关，故障发生地点距离整流站越近，则整流站出口的对地电阻越小，短路电流越大。
遭遇雷击是引起直流线路故障的主要因素之一，特别是跨区域送电的高压直流输电工程，因其输送距离长，经过的地方环境复杂多变，所以线路遭遇雷击的概率也比较大[5]。
此外，直流线路还有可能出现断线、异物碰线等其他类型的故障。
HVDC系统换流阀故障诊断分析及避免措施
ｔ ｉｇ ｒ ｇ ｅ ｒ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｏ ｆ ＨＶＤＣ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ
基于阀电压或阀电流的HVDC换相失败故障诊断方法[发明专利]
![基于阀电压或阀电流的HVDC换相失败故障诊断方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/20255ea3cf84b9d529ea7a23.png)
专利名称：基于阀电压或阀电流的HVDC换相失败故障诊断方法
专利类型：发明专利
发明人：云玉新,刘民
申请号：CN201410524823.4
申请日：20141008
公开号：CN104267288A
公开日：
20150107
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于阀电压或阀电流的HVDC换相失败故障诊断方法，包括以下步骤：分析换相失败机理与换相失败影响因素；进行换相失败过程分析，确定换相失败判据；建立HVDC模型逆变侧等效电路，确定换相失败临界电感值；仿真验证诊断结果是否正确。
本发明提出基于换流阀电压或阀电流快速诊断换相失败的方法，理论分析和仿真结果证明了该方法的准确性和有效性，不存在诊断盲区，且该方法原理简单，易于实现，具有一定的工程应用价值。
申请人：国家电网公司,国网山东省电力公司电力科学研究院
地址：250002 山东省济南市市中区望岳路2000号
国籍：CN
代理机构：济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：张勇
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HVDC换相失败对转子绕组匝间短路调相机的影响分析
2
电机与控制学报
第25卷
tion of the synchronous condenser has certain reference value for explaining the abnormal vibration of the faulty unit and diagnosing the short-circuit fault of the minor rotor winding・ Keywords:high voltage direct current transmission； synchronous condenser； commutation failure； finite element analysis ； short circuit between rotor winding turns ； unbalanced magnetic pull
(3)
其中扁和九表示第个短路线圈的正常励磁
fp
2tt
=严
听(氏)2如一丐(仇)“
(8)
回路和故障励磁回路的磁动势。
调相机径向不平衡磁拉力的X轴和『轴分量
由图1可以看出，在发生转子绕组匝间短路时， 可以依次表示为：
被短路匝数流过的励磁电流很小,其数值基本可以 忽略，因此，存在转子绕组匝间短路故障调相机的励 磁磁动势可等效为正常励磁磁动势与短路匝绕组通 入反向励磁电流产生磁动势的叠加。
第25卷第7期 2021年7月
电机与控制学报 Electric Machines and Control
Vol. 25 No. 7 Jul. 2021
HVDC换相失败对转子绕组匝间短路调相机的 影响分析
马明呛，贺鹏康，李永刚，姜猛，武玉才 (华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，河北保定071003)
基于小波变换的HVDC系统故障检测
１ 引 言
高压 直流输 电 （ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ， ＨＶＤＣ ） 在 我国应 用广 泛 ， 如何 在 电力 系 统发 生 故 障后 ， 快 速 准 确地 排 除故 障 ， 提 高可 靠性 ， 是研 究 的重 点 。当 ＨＶＤＣ线 路 发 生故 障 时 ， 根 据行 波 理 论 ， 电压 和 电流行 波 在 线 路上 传
Ｆａ ｕ ｌ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈ ＶＤＣ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｔ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍ
Ｗａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ｙ ｕ Ｚ ｈ ａ ｏ Ｙｕ ｅ ｊ ｉ ａ ｏ Ｋｏ ｎ ｇ Ｄ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ 。 Ｇａ ｉ Ｌ ｅ ｉ
己 口 Ｉ ７ 年己 月
Ｉ
第］ ６ 卷 第 己期
理 论 与 方 法
基 于 小 波 变换 的 ＨＶ ＤＣ 系统 故 障检 测
王 金 玉 赵 月 娇 孔 德 健 盖 磊 ・
（ １ ． 东 北 石 油 大 学 电 气信 息工 程 学 院 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ； ２ ． 国 网冀 北 电 力 有 限 公 司 检 修 分 公 司 北 京 １ ０ ２ ４ ８ ８ ）
２ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇｒ ｉ ｄ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ Ｈｅ ｂ ｅ ｉ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ Ｌｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ２， Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ２ ４ ８ ８ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
高压直流输电线路故障与换相失败识别研究
摘要高压直流输电（HVDC）技术因其技术和经济上的独特优势，在远距离大容量输电和大区域联网方面取得了十分广泛的应用。
换相失败是HVDC 输电系统常见的故障之一，严重影响影响整个电力系统的安全稳定运行。
换相失败故障的准确快速诊断是对换相失败采取有效控制措施的前提。
首先本文介绍了HVDC 输电系统及其换相失败故障诊断的研究现状，指出目前HVDC 换相失败故障诊断方法存在的不足。
其次，本文对HVDC 输电系统换相失败进行故障分析，分析研究了换相失败的发生机理及换相失败的影响因素，介绍了换相失败的危害，提出了换相失败的预防控制措施。
本文基于交直流电网仿真系统PSCAD/EMTDC仿真平台建立高压直流输电-次系统仿真模型，基于-次系统仿真模型和特高压直流输电基本控制原理，在分析特高压直流输电控制系统中重要控制环节换流器触发控制及换流变压器分接头控制的基础上建立控制系统仿真模型，并针对建立的系统仿真模型和控制系统仿真模型分别进行特高压直流输电系统正常运行及瞬时故障和稳态变化的仿真验证。
将小波变换应用于高压直流输电(HVDC)系统换相失败的故障诊断中，基于多尺度分析分别对不同故障情况下的直流电流进行分解，并利用尺度能量和尺度熵这两种小波处理方法提取故障特征，分别定义两个故障诊断指标作为辨识各种故障的判据，然后针对这两个指标分别设置4个阈值以诊断直流线路故障和换相失败故障。
仿真表明，在不同的HVDC系统故障情况下，暂态信号小波尺度能量和尺度熵的分布都具有一定的规律性，可分别作为判断系统故障的有效依据，提出的判据能准确地对换相失败故障做出诊断。
关键词：HVDC系统；换相失败；小波变换；尺度能量；尺度熵；故障诊断目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1高压直流输电技术的发展 (2)1.2 选题背景及意义 (3)1.3 HVDC 换相失败研究现状 (4)1.3.1 HVDC 现状分析 (4)1.3.2 国内外研究现状 (6)1.3.3 HVDC 换相失败故障诊断现状 (7)1.4 本文所要做的工作 (8)第二章高压直流输电基本原理 (9)2.1 HVDC 的构成及特点 (9)2.1.1 HVDC 构成 (9)2.1.2 HVDC 输电系统优缺点 (10)2.2 高压直流输电原理与分类 (12)第三章分析线路故障和换相失败的机理 (13)3.1 HVDC换相过程 (14)3.1.1 整流器不可控时的换相过程 (14)3.1.3逆变器状态运行 (16)3.2换相失败的过程 (17)3.2.1超前角过小，换相未结束即出现换相失败的情况 (17)3.2.2 超前角偏小，换相结束后出现换相失败的情况 (18)3.3换相失败定义及原因 (19)3.3.1换相失败的定义 (19)3.3.2换相失败的原因 (20)3.4换相失败的特点及危害 (21)3.4.1换相失败的特点 (21)3.4.2 换相失败的危害 (21)3.5 换相失败的预防与控制措施 (22)3.6 本章小结 (23)第四章小波分析基本原理 (24)4.1小波分析 (25)4.2离散小波变换 (26)4.3、多分辨率分析 (27)4.4 小波分析提取故障特征 (29)第五章线路故障和换相失败的小波分析 (30)5.1仿真软件PSCAD (31)5.1.2 PSCAD/EMTDC 仿真软件简介 (32)5.1.3 高压直流输电换相失败仿真模型 (35)5.1.4 直流输电线路仿真模型 (36)5.2 多尺度分析和小波信号处理 (37)5.2.1 多尺度分析 (37)5.2.2 小波尺度能量统计 (38)5.2.3小波尺度熵 (39)5.3 换相失败故障诊断方法 (40)5.4 仿真结果 (41)5.4.1 HVDC 系统的仿真模型 (41)图5-2 HVDC系统仿真模型 (42)5.4.2 基于小波变换的故障分析 (42)结论 (50)总结与体会 (52)参考文献 (53)致谢 (59)第 1 页前言毕业设计（论文）教学环节是综合性的实践教学活动，不仅可使学生综合运用所学过的知识和技能解决实际问题，还训练学生学习、钻研、探索的科学方法，提供学生自主学习、自主选择、自主完成工作的机会。
HVDC换相失败判据及恢复策略的研究_艾飞
H V D C换相失败判据及恢复策略的研究艾 飞,李兴源,李 伟,徐大鹏(四川大学电气信息学院,四川成都610065)摘 要:换相失败是指在换相电压反向之前未能完成换相的故障。
它是高压直流输电系统最常见的动态故障,为保证直流系统运行的安全、稳定性,对换相失败现象进行深入研究是十分必要的。
详细论述了换相失败的判据以及换相失败后应采取的恢复措施,对于保证直流系统稳定运行具有一定的指导意义。
关键词:高压直流输电;换相失败;判据;恢复策略A b s t r a c t:C o m m u t a t i o nf a i l u r e m e a n s t h e f a u l t t h a t t h e c o m m u t a t i o n p r o c e s s i s s t i l l u n c o m p l e t e dw h e n t h e c o m m u t a t i n g v o l t a g e i n v e r s e s.I t i s a d y n a m i c f a u l t t h a t f r e q u e n t l y o c c u r r e s i n h i g hv o l t a g e d i r e c t c u r r e n t(H V D C)s y s t e m s.I no r d e r t o g u a r a n t e e t h e s a f e t y a n d s t a b i l i t y o f H V D C's o p e r a t i o n,i t i s n e c e s s a r y t o r e s e a r c h t h e c o m m u t a t i o n f a i l u r e d e e p l y.T h i s p a p e r p r e s e n t s t h e c r i t e r i o n s a n dr e s t o r a t i o n m e a s u r e s a f t e r c o m m u t a t i o nf a i l u r e,a n d i t h a s t h ep r a c t i c a l l e a d i n g m e a n i n g f o r e n s u r i n g t h e s t a b l e o p e r a t i o n o f t h e H V D Cs y s t e m s.K e yw o r d s:H V D C;c o m m u t a t i o n f a i l u r e;c r i t e r i o n;r e s t o r a t i o nm e a s u r e.中图分类号:T M721.3 文献标识码:A 文章编号:1003-6954(2008)-04-0010-04 直流输电是电力技术与电子技术相结合的产物。
HVDC输电系统换相失败的故障合闸角影响机理
∫ | Af | =
t2f
uabf ( t) d t =
t1f
∫t2f [ ufa ( t) - ufb ( t) ]d t = t1f
| Afa - Afb |
(13)
式中 :
∫t2f
本文详细分析了换相电压时间面积与换相失败 的定量关系 ,从理论上论证了换相电压时间面积可 作为评价直流系统抵御换相失败能力强弱的定量指 标 ;通过分析不同故障合闸角下交流系统故障暂态 分量特性及其对应的换相电压时间面积特性 ,从机 理上揭示了故障合闸角对换相失败的影响 。
1 换相电压时间面积
目前 ,在已投运的高压直流 ( HVDC) 输电系统 中 ,换流阀均由多个晶闸管串接而成 。在换相过程 结束后 ,晶闸管从正向导通到反向截止需要承受一 定时间的反向电压 ,其正方向为从晶闸管阴极指向 其阳极 。若换相过程无法在换相电压转为正向时完 成 ,则晶闸管将在正向电压作用下重新导通 ,从而导 致换相失败[6] 。以关断角γ表示换流阀关断时刻到 线电压过零点之间的电角度 ,则当关断角 γ < γmin
Afa = ufa ( t) d t t1f
(14)
∫t2f
Afb = ufb ( t) d t t1f
(15)
ufa ( t) 和 ufb ( t) 分别表示故障情况下的换流母线 a 相
和 b 相对地电压 。
2L r Id = uab ( t) d t = A t1
(5)
式中 : A 为如图 2 所示换相过程的换相电压时间面
积 (以下简称“换相面积”) ,是换相期间换相线电压
基于阀电压或阀电流的HVDC 换相失败故障诊断
（1．山东大学 电气工程学院，山东省 济南市 250061； 2．山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室，山东省 济南市 250061； 3．新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区 102206）
Diagnosis of Commutation Failure in HVDC Transmission Systems
第 38 卷 第 12 期 2014 年 12 月
文章编号：1000-3673（2014）12-3453-06
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM 721 文献标志码：A
Vol. 38 No. 12 Dec. 2014
学科代码：470·4051
基于阀电压或阀电流的 HVDC 换相失败故障诊断
本文分析了换相失败的机制和过程，从换相失 败的本质特征出发，提出了一种基于换流阀电压或 阀电流快速诊断换相失败的方法，并基于 Matlab 提供的 HVDC 模型进行了仿真分析，仿真结果证明 了该方法的准确性和有效性。
1 换相失败机制
1.1 换相失败
换相失败是指换流器作用期间，如果正向电
关键词：高压直流输电；换相失败；诊断；阀电压；阀电流； 熄弧角 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.12.029
0 引言
高压直流输电(HVDC)凭借输送容量大、功率 调节迅速灵活、可靠性高、非同步联络能力强等优 点，近年来在远距离大容量输电和大区域电网互联 中发挥着越来越重要的作用[1-3]。换相失败是 HVDC 系统最常见的特有故障之一，会导致直流电压跌落、 直流电流突增、直流输送功率减小等后果，若无法 采取及时有效的控制措施，还会引发后继的换相失 败，甚至是直流闭锁，进而威胁整个交直流系统的 安全稳定运行[4-5]。
小波能量偏度神经网络的HVDC换相失败故障诊断
小波能量偏度神经网络的HVDC换相失败故障诊断朱艳;王渝红;丁志林;宋梁;李兴源;邱大强【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2017(029)002【摘要】为了有效诊断引发换相失败的故障原因,提出了一种基于小波能量偏度神经网络的高压直流输电系统换相失败故障诊断新方法.首先对采集到的逆变侧直流电压故障信号进行15层小波分解,获取各尺度下的小波变换系数,提取小波能量偏度;然后构造信号的小波能量偏度特征向量,并以此向量作为故障样本对3层BP神经网络进行训练,实现换相失败故障原因诊断.以某±800 kV特高压直流系统为例,通过对引发换相失败故障的多种原因进行仿真分析,用该方法进行小波分解、故障特征提取和BP网络训练,并对某未知故障进行识别.结果表明,该方法能准确诊断出引发换相失败的故障原因.%Commutation failure is a common fault in HVDC systems. In order to effectively diagnose the causes of com-mutation failures,a new fault diagnosis method of commutation failures in the HVDC system is proposed based on the neural network of wavelet energy skewness. After the 15-layer wavelet decomposition of acquired DC voltage fault signal in the inverter side is performed,the wavelet coefficients on every scale are obtained and the wavelet energy skewness is extracted to construct the eigenvector of wavelet energy skewness. With this eigenvector as fault sample ,three-layer BP neutral network is trained to implement the fault diagnosis of commutation failures. A ± 800 kV UHVDC system is taken as an example,and a variety of causes inducingfailure fault are simulated and analyzed. This method is used to conduct wavelet analysis,fault feature extraction and BP neural network training. At last,the unknown fault is identi-fied. The results show that the method can accurately diagnose the fault cause of commutation failures.【总页数】6页(P39-44)【作者】朱艳;王渝红;丁志林;宋梁;李兴源;邱大强【作者单位】四川大学电气信息学院,成都 610065;四川大学电气信息学院,成都610065;国网四川省电力公司检修公司,成都 610041;国网四川省电力公司检修公司,成都 610041;四川大学电气信息学院,成都 610065;国网四川省电力公司检修公司,成都 610041【正文语种】中文【中图分类】TM711【相关文献】1.基于小波能量谱和灰色综合关联度的HVDC换相失败故障诊断 [J], 徐松林;黄少先2.小波能量熵与BP神经网络算法在数传设备故障诊断的应用研究 [J], 刘天庆;赵玉刚3.HVDC换相失败小波故障诊断方法 [J], 张尧;林凌雪;钟庆4.基于能量谱熵及小波神经网络的有源中性点钳位三电平逆变器故障诊断 [J], 李兵; 崔介兵; 何怡刚; 史露强; 刘晓晖5.基于小波包能量神经网络的滚动轴承故障诊断方法 [J], 肖顺根;宋萌萌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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采样点处小波变换系数 , 表示信号在小波分解后低 频部分的概貌分量; d j ( k ) 为高频子空间第 j 尺度下 的 k 点处的小波变换系数 , 表示信号高频部分的细 节分量 . 为了统一 , 可用 dJ + 1 ( k )表示 aJ ( k ). 因此信号 f ( t)和各层的小波系数关系可由下式 表示
第 35 卷 第 10 期 2007 年 10 月
华 南 理工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journa l o f South C hina U niversity o f T echno lo g y ( N atura l Science Editio n)
V o. l 35 N o . 10 O ctober 2007
式中: E J+ 1 为信号在低频 子空间的尺度 能量;
j= 1
Ej
为信号在高频子空间的尺度能量和; C 为标准化系 数 , 其取值取决于信号的采样频率和采样点个数. 系
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变的特征, 所以本文中采用 db4 做为小波变换的基 函数. 基于小波尺度能量的故障诊断步骤如下: 第 1 步 采集 HVDC 系统逆变侧的直流 I d; 第 2步 第 3步 对 Id 进行 6 尺度的小波分解, 并提取 按式 ( 3 ) 和 ( 4 ) 计算信号的小波尺度 各尺度下的小波系数 ; 能量和小波尺度熵; 第 4 步 按式 ( 5 ) 计算诊断指标 g; 第 5步 设置阈值 g 0、 g 1, 区分换相失败故障、 直流线路短路故障和直流系统正常运行状态 . 系统 正常运行时 , g < g 0; 发生直流线路故障时, g > g1; 发 生换相失败故障时, g 1 > g > g0. 基于小波尺度熵的故障诊断基本按上述过程进 行 , 只是在第 4 步和第 5 步改为按式 ( 7 ) 计算诊断 指标 h 并依此设置阈值 h 0 和 h 1. 故障判据为 : 系统 正常运行时 , h < h0; 发生直流线路故障 时, h > h1; 发生换相失败故障时 , h 1 > h > h0. 故障可分别由两个指标 g 和 h, 4 个阈值 g 0、 g1 和 h0、 h 1 进行判别. 故障诊断的流程如图 1 所示 .
N N [ 13]
, 即: ( 3)
Ej =
k=1
Ej ( k ) =
k= 1
dj ( k )
J+ 1
2
2 换相失败故障诊断方法
换相失败的过程通常伴随着 电压和电流的突 变, 而且直流电压和电流的暂态变化过程与直流线 路发生短路故障的过程非常相似 , 难以通过传统的 信号处理方式对这些故障进行分析和诊断. 小波变 换具有多分辨率的特性和分析暂态信号的能力, 能 有效地检测到非平稳信 号的瞬时、 奇异成分 . 通过 MRA 对直流电流 I d 分析, 运 用小波能量和 小波熵
1 多尺度分析和小波信号处理
1. 1 多尺度分析
小波具有频域紧支撑和尺度伸缩的特性, 其对 信号的低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时 间分辨率 , 而对高频部分具有较高的时间分辨率和
第 10 期
张
[ 12 ]
尧 等 : HVDC 换相失败小波 故障诊断方法
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较低的频率分辨率
. 因此 , 小波变换非常适合具
小波尺度熵能反映信号在各尺度能量的分布情 况. 对于电力系统信号处理来说, 不同尺度的熵代表 系统处于不同的运行状态, 在系统发生故障时, 正常 的能量分布被打破 , 熵值随之变化 . 因此可把小波尺 度熵作为系统的特征参数, 通过比较分析系统在某 一状态下 的小波 熵值 W E j 与正常 运行时 小波 熵值 W E j 0的偏差 , 从而判定系统是否发 生故障以及发生 故障的类型. 所以提出基于小波尺度熵的故障诊断 指标 h 为 h= W E j - WE j 0 W Ej 0 100 % ( 7)
文章编号 : 1000 565X ( 2007) 10 0172 06
HVDC 换相失败小波故障诊断方法
张 尧 林凌雪 钟 庆
( 华南理工大学 电力学院 , 广东 广州 510640)
*
摘
要 : 将小波变换应用于高压直流输电 ( HVDC) 系统换相失败的故障诊断中 , 基于多
尺度分析分别对不同故障情况下的直流电流进行分解, 并利用尺度能量和尺度熵这两种 小波处理方法提取故障特征 , 分别定义两个故障诊断指标作为辨识各种故障的判据, 然后 针对这两个指标分别设置 4 个阈值以诊断直流线路故障和换相失败故障 . 仿真表明, 在不 同的 HVDC 系统故障情况下 , 暂态信号小波尺度能量和尺度熵的分布都具有一定的规律 性, 可分别作为判断系统故障的有效依据, 提出的判据能准确地对换相失败故障做出诊断. 关键词 : HVDC 系统 ; 换相失败; 小波变换 ; 尺度能量; 尺度熵 ; 故障诊断 中图分类号 : TM 711 文献标识码: A
对高压直流输电系统 ( HVDC ) 故障快速准确的 诊断是保证系统安全稳定运行的重要因素 . 只有正 确诊断出故障的类型和原因 , 才能迅速制定相应的 控制保护策略, 以减少故障对系统安全稳定的影响 . 换相失败是 HVDC 系统最常见的故障之一, 它将导 致直流电压下降和直流电流增大, 连续的换相失败 故障将影响换流设备的正常运行, 造成直流功率传 输中断 , 严重威胁整个系统的安全稳定运行
U 大于某个值时, 直流系统才会发生换相失 , 所以在研究时不应简单地将这两种故障
分别讨论 , 而应该综合考虑两者之间的关系 . 本文中研究了 HVDC 系 统发生换相失 败和直 流线路短路故障的动态行为, 利用多尺度小波变换 在时域频域都具有表征信号局部特征的能力, 分别采 用小波尺度能量统计和小波尺度能量熵这两种特征 提取方法对故障信息进行处理, 设定故障诊断的判 据, 以实现对 HVDC 系统换相失败故障的正确辨识.
小波技术引入 HVDC 系统的故障诊断研究 , 通过对 故障信号的小波变换 , 提取各小波层的系数进行计 算分析, 从而判断故障的类型 . 但逆变侧交流母线的 短路故障往往会造成逆变器换向电压下降 有当 败故障
[ 11]
.
换相电压幅值下降和相角前移是引发逆变器换 相失败的 主要原 因 ; 逆变 器内 部触 发电路 的故 障 , 如脉冲延迟、 脉冲丢失、 误触发等也会引起换相 失败. 与直流线路发生短路故障的暂态过程相似, 换 相失败的过程也伴随着直流电压和电流的突变 , 仅 仅通过简单的时域或频域分析方法难以对这些故障 进行辨识. 文献 [ 3] 将人工神经网络 ( ANN ) 用于辨 识不同类型的换相失败如单次换相失败、 连续换相 失败、 多次换相失败等 , 但该方法是针对逆变器中单 个阀提出的 , 整个故障诊断系统基于多个神经网络 的配合和大量样本的训练 , 难以在实际工程中实现 . 小波变换是 20 世纪 80 年代后期发展起来的应
统不同的故障对应着不同的 g 值范围, 所以可通过 计算 g 值而对系统的故障进行辨识 .
有高频、 瞬变的电力暂态信号分析. 多尺度分析 ( MRA) 又称为多分辨率分析, 是建 立在函数空间上的理论. 通过小波变换的伸缩、 平移 等运算功能 对时域信 号 f ( t ) 进行多 分辨率 分析 , f ( t) 被分解为不同的尺度 , 并用它的标准正交基小 波函数 为
暂态信号的特征可由不同尺度上的一系列小波 变换系数进行描述. 但由于小波变换所得的系数量 非常大 , 直接对小波系数进行特征提取或分类非常 困难, 因此必须采用适当的信息统计和处理方法. 小 波尺度能量统计和小波尺度能量熵是两种有效的特 征提取方法 .
1 . 2 小波尺度能量统计
根据 P arseval s原理 , 当小波函数和尺度函数 形成标准正交基时, 信号在各尺度下的能量 E j ( k ) 可直接由其小波变换系数 dj ( k ) 的平方得到, 信号 的小波能量 E f 则为各尺度的能量 E j 之和
N N J
1. 3 小波尺度熵
在信息论中, 熵表示每个符号所提供的平均信 息量和信源的平均不确定性, 它能提供关于信号潜 在的动态过程的有用信息. 而小波变换可在频域和 时域同时反映非平稳时变信号的局部特征, 并通过 尺度能量分布的差异表现信号的动态变化. 因此 , 可 将小波多分辨分析与信息熵相结合 , 通过计算小波 尺度能量熵, 对信号的能量复杂度进行定量描述 , 以 反映信号在时频空间中微小而短促的异常. 如 1 . 1 、 1 . 2 节所分析 , E j ( k ) 为信号 f ( t) 在第 j 尺度第 k 采样点处的小波能量, E j 为信号在第 j尺度
[ 9]
的能量, 设 p j ( k ) = E j ( k ) /E j, 则
k=1
pj ( k ) = 1 . 可定
[ 14]
义信号在第 j 尺度下的小波尺度熵为
N
: dJ dJ+ 1 ] ( 2)
W Ej = -
[ p j ( k ) / lnp j ( k ) ]
k= 1
( 6)
cs ignal = [ d1 d 2
3 仿真结果
3. 1 HVDC 系统的仿真模型
本文中采用了 MATLAB / Si m ulink 中的典型 12 脉冲 HVDC 输电系统 为仿真模型 , 如图 2 所示 . 该 系统是一个 500kV、 1000MW 的单极 HVDC 系统 , 直 流线路长 300 km, 两端的交 流系统分别为 500 kV、 5000MVA、 60H z和 345 kV、 10 000MAV、 50H z . 因此 , HVDC 系统的换相失败故障和直流线路 考虑的系统运行状态如下: ( 1)无故障 ( NO1 ) , HVDC 系统正常运行; ( 2)逆变侧交流母线上发生单相高阻接地短路 ( NO2 )和三相高阻短路 ( NO3 ) , 三 相交流电压下降 但未引起换相失败故障 , HVDC 系统仍然运行于正 常状态; ( 3)直流线路短路故障, 故障 点分别在直流线 路的逆变侧 ( DC1 ) 、 中点 ( DC2 ) 和整流侧 ( DC3 ) ; ( 4)由逆变器丢失脉冲引起的换相失败 ( CF1 ); ( 5)由逆变侧交流母线发生单相接地短路引起 的换相失败故障 ( CF2 ) ; ( 6)由逆变侧交流母线发生三相短路引起的换 相失败故障 ( CF3 ) . 用于分析的信号为取自逆变侧的直 流电流 I d (p . u . ) , 采样频率为 20 k Hz . 参考采样频率和仿真 的结果, 标准化系数 C 为 4000 .