一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，本發(fā)明基于RTDS仿真技術(shù)、電路仿真技術(shù)和指紋特征算法開發(fā)，針對特定的高壓直流輸電系統(tǒng)，通過現(xiàn)場收集實(shí)際故障、RTDS仿真故障、電路仿真故障等方法獲取故障信息，包括SER警示信息、保護(hù)動(dòng)作記錄、故障錄波儀記錄、避雷器動(dòng)作情況、故障行波監(jiān)測結(jié)果、極線電壓和電流數(shù)據(jù)，運(yùn)用指紋算法對記錄結(jié)果和波形進(jìn)行特征提取，存入數(shù)據(jù)庫中，建立暫態(tài)故障特征樣本庫。本發(fā)明的特征樣本庫結(jié)合直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障識別技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可大幅提高故障的分析、判別和排除速度，具有良好的推廣前景。
【專利說明】一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，屬于高電壓 輸變電【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]隨著我國特高壓直流輸電技術(shù)的迅猛發(fā)展，相應(yīng)的直流輸電工程日益增多，不同 電壓等級交、直流輸電方式的協(xié)調(diào)發(fā)展，將對我國電網(wǎng)的過電壓暫態(tài)特性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 由于高壓直流輸電系統(tǒng)換流站設(shè)備種類繁多、主回路和控制保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易因設(shè)備 絕緣承受過電壓的威脅而導(dǎo)致直流系統(tǒng)故障或停運(yùn)，嚴(yán)重威脅區(qū)域電網(wǎng)的安全運(yùn)行。近幾 年，全國直流輸電工程運(yùn)行中，因暫態(tài)過程引起的單極故障及雙極閉鎖每年都有發(fā)生。[0003]高壓直流輸電換流站中不但包括晶閘管換流閥、交流濾波器、無功補(bǔ)償裝置和直 流濾波器等非線性元件，換流站設(shè)備的過電壓特性還同時(shí)受到極控制單元、閥觸發(fā)單元GFU 以及故障保護(hù)控制單元調(diào)節(jié)特性的影響。與交流變電站過電壓特性相比，高壓直流輸電系 統(tǒng)過電壓來源更為豐富、故障類型更為復(fù)雜。[0004]目前，高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障后，主要依靠人工憑經(jīng)驗(yàn)判斷故障類型、位置及 原因，而評判依據(jù)則是錄波儀所監(jiān)測的極線電壓和電流，信息來源少，且判斷結(jié)果完全依賴 于專家的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致人工判斷耗時(shí)長，難以實(shí)現(xiàn)故障的快速識別和故障過程復(fù)現(xiàn)，指導(dǎo)快速 排出故障恢復(fù)送電。由于采用人工判別直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障的方法已不利于快速排除故 障、恢復(fù)送電，有必要采用智能識別暫態(tài)故障技術(shù)，而該技術(shù)的基礎(chǔ)是必須有一個(gè)足夠大的 故障庫，可用于與實(shí)際故障進(jìn)行對比。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了彌補(bǔ)人工識別故障速度慢，準(zhǔn)確度不高的缺陷，本發(fā)明在高壓直流輸電系統(tǒng) 暫態(tài)故障識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明開發(fā)了一種基于RTDS仿真技術(shù)、電路仿真技術(shù)和特征 指紋算法的故障特征樣本庫。[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，包括如下步驟:O收集高壓直流輸電系統(tǒng)的歷史暫態(tài)故障信息；2)運(yùn)用RTDS平臺搭建高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真模型，所述仿真模型包括一次系統(tǒng)和 二次控制保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字模型；3)根據(jù)所建的數(shù)字仿真模型，對高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中易于發(fā)生的典型暫態(tài)故 障進(jìn)行數(shù)字仿真計(jì)算，并記錄每種暫態(tài)故障的故障信息；4)運(yùn)用ATP/EMTP或者PSCAD/EMTDC電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析軟件建立高壓直流輸電系 統(tǒng)的電路仿真模型；5)根據(jù)所建的電路仿真模型，對高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中易于發(fā)生的典型暫態(tài)故 障進(jìn)行電路仿真計(jì)算，并記錄每種暫態(tài)故障的故障信息；6)將所述步驟1)，步驟3)和步驟5)獲取的歷史暫態(tài)故障信息及易于發(fā)生的典型暫態(tài) 故障信息按照故障類型和結(jié)果信息類型進(jìn)行匯總整理；7)以故障類型作為樣本，提取各類型故障的特征參量；8)將提取的特征參量與故障類型一一對應(yīng)作為樣本信息存入數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建完成暫態(tài) 故障特征樣本庫。[0007]前述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障包括換流器故障、直流開關(guān)場故障、接地極故 障、換流站交流側(cè)故障和直流線路故障五種故障類型。[0008]前述的故障信息包括SER警示信息、保護(hù)動(dòng)作記錄信息、故障錄波儀記錄信息、避 雷器動(dòng)作情況、故障行波監(jiān)測結(jié)果、極線電壓和電流數(shù)據(jù)。[0009]前述的步驟5)中進(jìn)行電路仿真計(jì)算分為兩步，首先對已發(fā)生的暫態(tài)故障進(jìn)行電路 仿真計(jì)算，將仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對比，修正電路仿真模型參數(shù)；然后對易于發(fā)生的典型暫態(tài)故障進(jìn)行電路仿真計(jì)算，并記錄相應(yīng)的故障信息；前述的步驟7)中提取各類型故障的特征參量的算法包括傅里葉變換法、指紋算法、小 波變換法和最小二乘法。[0010]前述的步驟7)中提取的特征參量為電壓、電流的波形特征，包括幅值、頻譜、曲率、 波頭和波尾時(shí)間。[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明基于RTDS仿真技術(shù)、電路仿真技術(shù)和指紋特征算法 建立了一種用于高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障識別的故障特征指紋庫，該樣本庫針對特定的 高壓直流輸電系統(tǒng)，通過現(xiàn)場收集實(shí)際故障、RTDS仿真故障、電路仿真故障等方法獲取故障 信息，包括SER警示信息、保護(hù)動(dòng)作記錄、故障錄波儀記錄、避雷器動(dòng)作情況、故障行波監(jiān)測 結(jié)果、極線電壓和電流數(shù)據(jù)，運(yùn)用特征指紋算法對記錄結(jié)果和波形進(jìn)行特征提取，存入數(shù)據(jù) 庫中。本發(fā)明的故障特征樣本庫結(jié)合直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障識別技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并且故障 信息的來源綜合了實(shí)際故障和仿真計(jì)算，樣本齊全，可大幅提高故障的分析、判別和排除速 度，具有良好的推廣前景?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0012]圖1為本發(fā)明暫態(tài)故障特征樣本庫構(gòu)建的流程圖。【具體實(shí)施方式】[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。[0014]高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備種類多，主回路和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致暫態(tài)故障的來 源豐富。出現(xiàn)故障后，傳統(tǒng)的方法是依靠人工判別，基于歷史上直流系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)和排除過 的故障，結(jié)合該系統(tǒng)自身設(shè)備和控制保護(hù)的特點(diǎn)，逐點(diǎn)逐項(xiàng)進(jìn)行排查分析，然而由于可依賴 的經(jīng)驗(yàn)少，系統(tǒng)龐雜，往往判斷的速度很慢，延長了故障識別、定位、排除的時(shí)間周期，不利 于快速恢復(fù)送電。[0015]鑒于此，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)智能識別故障已成為一種彌補(bǔ)人工判別故障技術(shù)缺陷的 良好手段。研究表明，直流輸電系統(tǒng)雖然可能出現(xiàn)的故障種類繁多，但終歸是有限的，因而 可以將可能出現(xiàn)的典型故障均列舉出來，用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是不可能實(shí)現(xiàn)的，而結(jié)合RTDS 仿真和電路仿真技術(shù)，則可以在較短時(shí)間內(nèi)、花費(fèi)較低的成本實(shí)現(xiàn)此目的。將收集到的故障信息和仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行特征提取，建立相應(yīng)的特征樣本庫，結(jié)合智能識別算法即可實(shí)現(xiàn) 暫態(tài)故障的智能識別。[0016]高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障包括換流器故障、直流開關(guān)場故障、接地極故障、換流 站交流側(cè)故障和直流線路故障五種故障類型，如圖1所示，本發(fā)明的暫態(tài)故障特征樣本庫 的構(gòu)建通過以下步驟完成:(1)收集目標(biāo)高壓直流輸電系統(tǒng)自身及類似工程的歷史暫態(tài)故障信息，其中高壓直流 輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障包括換流器故障、直流開關(guān)場故障、接地極故障、換流站交流側(cè)故障和直 流線路故障五種類型，故障信息包括SER警示信息、保護(hù)動(dòng)作記錄信息、故障錄波儀記錄信 息、避雷器動(dòng)作情況、故障行波監(jiān)測結(jié)果、極線電壓和電流數(shù)據(jù)等類型的信息；(2)運(yùn)用RTDS平臺搭建目標(biāo)高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真模型，包含了一次系統(tǒng)、二次控 制保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字模型，一次系統(tǒng)指的是由承受高電壓、大電流的一次設(shè)備組成的系統(tǒng)，包 括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等，二次控制保護(hù)系統(tǒng)指的是用來控制和保護(hù)一次系統(tǒng)的設(shè) 備，其電源一般是交流220V或直流220V以下；(3)根據(jù)建立的數(shù)字仿真模型，針對高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能發(fā)生的典型暫 態(tài)故障，一一進(jìn)行仿真計(jì)算分析，記錄每種故障的故障信息；(4)運(yùn)用ATP/EMTP或PSCAD/EMTDC等電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析軟件建立目標(biāo)高壓直流輸 電系統(tǒng)的電路仿真計(jì)算模型；(5)根據(jù)建立的電路仿真計(jì)算模型，首先對已發(fā)生的暫態(tài)故障進(jìn)行電路仿真計(jì)算，將仿 真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對比，修正電路仿真模型參數(shù)；然后對可能發(fā)生的典型暫態(tài)故障進(jìn) 行電路仿真計(jì)算，并記錄相應(yīng)的故障信息；(6)將以上步驟(1)，步驟(3)和步驟(5)中獲取的歷史暫態(tài)故障信息及可能發(fā)生的典 型暫態(tài)故障信息按照故障類型和故障信息類型進(jìn)行匯總整理；(7)以故障類型作為樣本，提取各類型故障的特征參量；其中，提取算法可以采用傅里 葉變換法、指紋算法、小波變換法和最小二乘法；提取的特征參量為電壓、電流的波形特征， 包括幅值、頻譜、曲率、波頭和波尾時(shí)間等；(8)將提取特征參量與故障類型一一對應(yīng)作為樣本信息存入數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建完成暫態(tài) 故障特征樣本庫。[0017]以上以較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不以任何形式限 定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，其特征在于，包括如下步驟:1)收集高壓直流輸電系統(tǒng)的歷史暫態(tài)故障信息；2)運(yùn)用RTDS平臺搭建高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真模型，所述仿真模型包括一次系統(tǒng)和 二次控制保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字模型；3)根據(jù)所建的數(shù)字仿真模型，對高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中易于發(fā)生的典型暫態(tài)故 障進(jìn)行數(shù)字仿真計(jì)算，并記錄每種暫態(tài)故障的故障信息；4)運(yùn)用ATP/EMTP或者PSCAD/EMTDC電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析軟件建立高壓直流輸電系 統(tǒng)的電路仿真模型；5)根據(jù)所建的電路仿真模型，對高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中易于發(fā)生的典型暫態(tài)故 障進(jìn)行電路仿真計(jì)算，并記錄每種暫態(tài)故障的故障信息；6)將所述步驟1)，步驟3)和步驟5)獲取的歷史暫態(tài)故障信息及易于發(fā)生的典型暫態(tài) 故障信息按照故障類型和故障信息類型進(jìn)行匯總整理；7)以故障類型作為樣本，提取各類型故障的特征參量；8)將提取的特征參量與故障類型一一對應(yīng)作為樣本信息存入數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建完成暫態(tài) 故障特征樣本庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法， 其特征在于，所述高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障包括換流器故障、直流開關(guān)場故障、接地極故 障、換流站交流側(cè)故障和直流線路故障五種故障類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，其 特征在于，所述故障信息包括SER警示信息、保護(hù)動(dòng)作記錄信息、故障錄波儀記錄信息、避 雷器動(dòng)作情況、故障行波監(jiān)測結(jié)果、極線電壓和電流數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，其 特征在于，所述步驟5)中進(jìn)行電路仿真計(jì)算分為兩步，首先對已發(fā)生的暫態(tài)故障進(jìn)行電路 仿真計(jì)算，將仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對比，修正電路仿真模型的參數(shù)；然后對易于發(fā)生的典型暫態(tài)故障進(jìn)行電路仿真計(jì)算，并記錄相應(yīng)的故障信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，其 特征在于，所述步驟7)中提取各類型故障的特征參量的算法包括傅里葉變換法、指紋算法、 小波變換法和最小二乘法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)建高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)故障特征樣本庫的方法，其 特征在于，所述步驟7)中提取的特征參量為電壓、電流的波形特征，包括幅值、頻譜、曲率、 波頭和波尾時(shí)間。
【文檔編號】G06F17/50GK103500248SQ201310439222
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】周志成, 陶風(fēng)波, 劉洋, 謝天喜, 馬勇, 孫秋芹, 吉亞民, 何俊佳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司檢修分公司, 華中科技大學(xué)