兩電平柔性直流輸電換流器故障保護后的故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于柔性直流輸電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩電平柔性直流輸電換流 器故障保護后的故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性直流輸電系統(tǒng)(VSC-HVDC)是應(yīng)綠色電網(wǎng)、新能源發(fā)電并網(wǎng)要求而發(fā)展起來的 一種新型直流輸電技術(shù)，現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電、孤島送電、海洋發(fā)電等很多領(lǐng)域。電 壓源換流器(VSC)作為VSC-HVDC系統(tǒng)的核心，它實現(xiàn)交流電與直流電的變換，但過壓過流能 力差，容易出現(xiàn)故障問題并維護困難，因此研究電壓源換流器內(nèi)部故障，制定故障保護策 略，準確識別故障類型及位置，為裝置的安全可靠運行與故障快速恢復(fù)提供有力的保障十 分重要。
[0003] 目前關(guān)于VSC-HVDC換流器故障保護的取得了不少成果，例如，申請?zhí)枮?201110243651. X的中國專利公開一種模塊化多電平換流器的保護系統(tǒng)及其保護方法，該方 法在電抗器和電網(wǎng)的連接之間設(shè)置光學(xué)電流互感器，通過監(jiān)測判定是否有過流現(xiàn)象，若有 過流現(xiàn)象是進行暫時全局閉鎖還是永久全局閉鎖；申請?zhí)枮?01510089088.3的中國專利公 開了柔性直流輸電多電平的過流保護方法，該方法研究解決了包括閥基電子設(shè)備檢測閥橋 臂過流故障保護配置方法，以及閥基電子設(shè)備檢測過流故障時保護功能實現(xiàn)方法。
[0004] 目前關(guān)于VSC-HVDC換流器故障診斷的成果較少，例如，申請?zhí)枮?01310132795.7 的中國專利公開了一種模塊化多電平換流器的子模塊故障診斷方法，針對子模塊的子模塊 IGBT短路、IGBT開路、FWD短路等故障做了分析，通過電容電壓、橋臂電流及此時的觸發(fā)信號 作為故障診斷信號進行子模塊故障診斷;作者李志雄和嚴新平于2011年發(fā)表的論文《獨立 分量分析和流形學(xué)習(xí)在VSC-HVDC系統(tǒng)故障診斷的應(yīng)用》，以及作者孫曉云、同向前和尹軍于 2012年發(fā)表的論文《VSC-HVDC系統(tǒng)換流器故障仿真分析及診斷方法的研究》研究基于兩電 平電壓源換流器的VSC-HVDC故障運行特性，結(jié)合信號處理和模式識別的思想設(shè)計換流器故 障診斷方法;但是，現(xiàn)有技術(shù)中提出的基于兩電平電壓源換流器的VSC-HVDC故障診斷方法 需要提取較長時間的診斷信號，如果電壓源換流器出現(xiàn)交流單相接地等后果嚴重的貫穿故 障，故障瞬間產(chǎn)生嚴重過流現(xiàn)象，短時間內(nèi)需要啟動保護策略保護電壓源換流器，而提出的 診斷方法遇到了提取故障診斷信號的困難，其故障診斷方法很難應(yīng)用于實際系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種兩電平柔 性直流輸電換流器故障保護后的故障診斷方法，其方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，成本較低，計 算速度快，故障診斷識別率高，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種兩電平柔性直流輸電換流 器故障保護后的故障診斷方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0007]步驟一、故障信號采集：當換流器故障診斷模塊接收到換流器故障保護模塊發(fā)送 給其的IGBT器件閉鎖脈沖后，換流器故障診斷模塊采集電壓傳感器檢測到的故障換流器閉 鎖時刻輸出端的直流電壓Udc(O)，以及故障換流器閉鎖后兩個周期內(nèi)A相電流傳感器檢測到 的故障換流器閉鎖后的A相交流電流i a(n)、B相電流傳感器檢測到的故障換流器閉鎖后的B 相交流電流ib(n)和C相電流傳感器檢測到的故障換流器閉鎖后的C相交流電流ic(n);其中， η的取值為1、2、-_、21~為故障換流器閉鎖后一個周期內(nèi)4相電流傳感器、8相電流傳感器和 C相電流傳感器的采樣點數(shù);Ν的取值為50~200的自然數(shù)；
[0008] 步驟二、故障信號預(yù)處理:換流器故障診斷模塊以換流器故障前換流器直流電壓 設(shè)定值uset為標么值，根據(jù)標么化預(yù)處理直流電壓計算公式1]'< 1。(0)=1]<1。(0)/1^計算得到 標幺化預(yù)處理后的故障換流器閉鎖時刻輸出端的直流電壓U'dc(O);
[0009] 步驟三、故障特征參數(shù)計算，具體過程為：
[001。]步驟301、換流器故障診斷模塊根據(jù)公式"=4. ￡計算得到A相 交流電流的直流量ia〇、B相交流電流的直流量ibQ和C相交流電流的直流量ico;
[0011]步驟3〇2、換流器故障診斷模塊根據(jù)公式U =去f丨;>)丨,(x = ?Ac)計算得到A相交 流電流的絕對平均值Η、b相交流電流的絕對平均值|41和c相交流電流的絕對平均值|7]; [0012]步驟303、換流器故障診斷模塊根據(jù)公式|/|inax := max(/u ,|4 , /f )計算得到三相交流 電流絕對平均值的最大值P ； .丨.丨max ,
[0013]步驟304、換流器故障診斷模塊根據(jù)公式卜'|min = min(/s4., z:e)計算得至丨」三相交流電 流絕對平均值的最小值胃.; I l.min λ
[0014] 步驟305、換流器故障診斷模塊根據(jù)公式imax abs = max( I iaQ I , I ibQ | , i。。|)計算得到 三相交流電流的直流量的絕對最大值imX abs;
[0015] 步驟四、換流器故障診斷模塊通過層次化方法進行換流器故障診斷，具體過程為：
[0016] 步驟401、換流器故障診斷模塊根據(jù)判定條件|z'|max < $判定故障類型，當判定條件 PLx < 4成立時，判定故障類型為橋臂直通故障和直流接地故障中的一類，執(zhí)行步驟402;否 貝1J，當判定條件βωχ<戎不成立時，判定故障類型為IGBT器件失效短路故障、單相接地故障 和兩相短路故障中的一類，執(zhí)行步驟403;其中，3:為三相交流電流絕對平均值的最大值 的故障判定閾值；
[0017] 步驟402、換流器故障診斷模塊根據(jù)判定條件υ'&(0)>δ2判定故障類型，當判定條 件υ'&(ο)>δ 2成立時，判定故障類型為直流接地故障；否則，當判定條件υ'&(ο)>δ2不成立 時，判定故障類型為橋臂直通故障;其中，S 2為標幺化預(yù)處理后的故障換流器閉鎖時刻輸出 端的直流電壓U ' d。(0)的故障判定閾值；
[0018] 步驟403、換流器故障診斷模塊根據(jù)判定條件@_< $判定故障類型，當判定條件 4成立時，判定故障類型為兩相短路故障，執(zhí)行步驟4〇4;否則，當判定條件< $不 成立時，判定故障類型為IGBT器件失效短路故障和單相接地故障中的一類，執(zhí)行步驟405; 其中，δ3為三相交流電流絕對平均值的最小值的故障判定閾值；
[0019] 步驟404、換流器故障診斷模塊根據(jù)判定條件（=|i_|min,(x_ = ?,.:&,c)判定故障相位 置，當判定條件141 = 成立時，判定A相為非故障相，B相和C相為故障相；當判定條件 4| = 時·，判定B相為非故障相，A相和C相為故障相；當判定條件|ie | =p[min成泣:時·，判 定C相為非故障相，A相和B相為故障相；
[0020] 步驟405、換流器故障診斷模塊根據(jù)判定條件判定故障類型，當判定條 件kLx = ?時'，判定故^障類?^IGBT器^牛失效:短路故^障，執(zhí)^亍步@聚406;否則，3判定 ?牛卜腿-不?日寸，歩丨淀挪章勒瞧土也挪章，拋亍剝聚407;
[0021]步驟406、換流器故障診斷模塊根據(jù)判定條件|ix〇| =imax ￡^，（1 = 3，13，〇)判定故障 相位置，當判定條件I ia〇| =imaX abs成立時，判定A相為故障相，B相和C相為非故障相，再根據(jù) 判定條件iaQ〈〇判定故障是A相上橋臂故障還是A相下橋臂故障，當判定條件iaQ〈0成立時，判 定為A相上橋臂故障，否則，當判定條件ia〇〈0不成立時，判定為A相下橋臂故障；當判定條件 ibol =imax abs成立時，判定B相為故障相，A相和C相為非故障相，再根據(jù)判定條件ib〇〈0判定故 障是B相上橋臂故障還是B相下橋臂故障，當判定條件ibQ〈0成立時，判定為B相上橋臂故障， 否則，當判定條件ibQ〈0不成立時，判定為B相下橋臂故障；當判定條件I id)| =imaX abs成立時， 判定C相為故障相，A相和B相為非故障相，再根據(jù)判定條件;[。()〈0判定故障是C相上橋臂故障 還是C相下橋臂故障，當判定條件ictKO成立時，判定為C相上橋臂故障，否則，當判定條件i c0 〈0不