本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析與評(píng)估領(lǐng)域，具體地，涉及一種接地極引線過電壓幅值及振蕩頻率的估算方法。

背景技術(shù)：

特高壓直流輸電技術(shù)具有輸送容量大、輸電距離遠(yuǎn)、控制性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電能的遠(yuǎn)距離傳輸及區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)中發(fā)揮了舉足輕重的作用。然而，近年直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雖然我國(guó)在超特高壓直流輸電技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，但在直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、一次設(shè)備制造和控制保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)性能及可靠性等方面仍然存在部分缺陷，影響直流輸電系統(tǒng)及兩側(cè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

接地極是特高壓直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，主要起到提供大地回流通路、建立系統(tǒng)電壓參考點(diǎn)等作用，因此直流接地極及其引線的運(yùn)行狀態(tài)與直流輸電運(yùn)行的可靠性密切相關(guān)。隨著特高壓直流輸電工程的不斷建設(shè)和投運(yùn)，接地極極址選擇日趨困難，同時(shí)考慮到直流偏磁對(duì)換流站設(shè)備的影響，某些特高壓直流輸電工程的接地極距離換流站距離已超過100km，因此暫態(tài)過程中接地極引線的電磁暫態(tài)響應(yīng)特性更加復(fù)雜，甚至影響了直流工程的可靠性。2015年7月13日，西南某特高壓直流在受端換流站極i出墻套管故障下，引起了送端接地極引線過電壓閃絡(luò)，并連鎖導(dǎo)致極ii低端發(fā)生了誤閉鎖，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界高度重視。

近年來接地極引線在特高壓直流異常工況下出現(xiàn)過電壓，甚至導(dǎo)致直流閉鎖的事件時(shí)有發(fā)生。2007年4月2日，高肇直流在極1故障閉鎖期間，由于正常電壓感應(yīng)，引發(fā)接地極開路保護(hù)動(dòng)作，引發(fā)雙極閉鎖。而楚穗直流也發(fā)現(xiàn)了在其單極閉鎖故障時(shí)，接地極引線存在過電壓現(xiàn)象，并有可能會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中均未對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率的估算方法進(jìn)行報(bào)道。

綜上所述，本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)發(fā)明技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，存在不能同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率的進(jìn)行估算的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種接地極引線過電壓幅值及振蕩頻率的估算方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有存在不能同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率的進(jìn)行估算的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率進(jìn)行估算的技術(shù)效果。

本申請(qǐng)針對(duì)特高壓直流工程接地極線路的絕緣配合情況開展了試驗(yàn)研究，得出了招弧角對(duì)長(zhǎng)距離、大容量接地極線路保護(hù)效果有限的結(jié)論。針對(duì)伊敏、穆家換流站接地極操作過電壓保護(hù)進(jìn)行了分析，針對(duì)換流站接地極線路招弧角間隙的可用性進(jìn)行了計(jì)算。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N特高壓直流單極故障引發(fā)接地極引線過電壓幅值及振蕩頻率的估算方法，其中，±800kv以上電壓為特高壓包括以下步驟：

(a)通過對(duì)特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)邏輯框圖、主接線圖、主設(shè)備參數(shù)等資料收集的方法，獲得特高壓直流運(yùn)行電壓uop、空載理想直流電壓udi0，運(yùn)行電流iop、極線長(zhǎng)度l_line，接地極引線長(zhǎng)度l_gnd，極母線平波電抗器電感值l1，中性極母線平波電抗器電感值l2，極線電感值lline，極線電阻值rline，接地極引線電感值lgnd，接地極引線電阻值rgnd，中性極母線上沖擊電容值c1，電流pi控制器比例控制參數(shù)kp，電流pi控制器積分控制參數(shù)ki，故障后直流轉(zhuǎn)帶電流di，直流轉(zhuǎn)帶等效時(shí)間常數(shù)tc，電網(wǎng)等值換相阻抗dr。

(b)設(shè)定特高壓直流單極故障點(diǎn)距離送端換流站距離為lf，因此可以求得故障后極線等效電感l(wèi)eq及等效電阻值req為

(c)生成特高壓直流單極故障引發(fā)接地極引線電壓響應(yīng)傳遞函數(shù)v(s)

(d)利用龍格庫塔法等數(shù)值求解的方法，獲得傳遞函數(shù)v(s)沖擊響應(yīng)的時(shí)域曲線：v(t)

(e)可以得到，特高壓直流單極故障引發(fā)接地極引線過電壓幅值vpeak

vpeak＝max(maxv(t),|minv(t)|)(0.21)

(f)利用prony算法辨識(shí)v(t)曲線的主導(dǎo)振蕩頻率得到電壓曲線的振蕩頻率f

prony算法屬于成熟算法，它是通過擬合的方法，將等間距的采樣數(shù)據(jù)表示為如下的表達(dá)式y(tǒng)(t)：

其中，電壓曲線的振蕩頻率f可以通過下式進(jìn)行計(jì)算:

其中：im()表明取虛部；

進(jìn)一步的，傳遞函數(shù)g(s)的生成方法為：

(a)計(jì)算傳遞函數(shù)temp1(s)、temp2(s)、temp3(s)

(b)計(jì)算傳遞函數(shù)temp4(s)

temp4(s)＝(temp1*temp2)(s)+temp3(s)(0.24)

其中，(temp1*temp2)(s)表示temp1(s)、temp2(s)函數(shù)做卷積。

(c)計(jì)算傳遞函數(shù)temp5(s)

temp5(s)＝-voplgnds-voprgnd(0.25)

(d)計(jì)算傳遞函數(shù)temp6(s)、temp7(s)、temp8(s)、temp9(s)

(e)計(jì)算傳遞函數(shù)tempa(s)、tempb(s)

(f)計(jì)算傳遞函數(shù)tempc(s)、tempd(s)、tempe(s)

(g)計(jì)算g(s)

另一方面，本申請(qǐng)還提供了一種接地極引線過電壓幅值及振蕩頻率的估算系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

第一獲得單元，所述第一獲得單元用于獲得極線參數(shù)和極母線平波電抗器參數(shù)；

計(jì)算單元，所述計(jì)算單元用于：設(shè)定特高壓直流單極故障點(diǎn)距離送端換流站距離為lf，基于第一獲得單元獲得的參數(shù)求得故障后極線等效電感及電阻值；

第一生成單元，所述第一生成單元用于基于步驟2獲得的參數(shù)，生成傳遞函數(shù)g(s)；

第二生成單元，所述第二生成單元用于：基于傳遞函數(shù)g(s)，生成特高壓直流單極故障引發(fā)接地極引線電壓響應(yīng)傳遞函數(shù)v(s)：

第二獲得單元，所述第二獲得單元用于：獲得傳遞函數(shù)v(s)沖擊響應(yīng)的時(shí)域曲線v(t)；

估算單元，所述估算單元用于：基于曲線v(t)，一方面獲得特高壓直流單極故障引發(fā)接地極引線過電壓幅值vpeak，另一方面獲得v(t)曲線的主導(dǎo)振蕩頻率得到電壓曲線的振蕩頻率f；

其中：vpeak＝max(maxv(t),|minv(t)|)。

其中，第二獲得單元具體用于：利用數(shù)值求解的方法，獲得傳遞函數(shù)v(s)沖擊響應(yīng)的時(shí)域曲線v(t)。

其中，第一獲得單元具體用于：獲得參數(shù)：極線長(zhǎng)度l_line，極母線平波電抗器電感值l1，極線電感值lline，極線電阻值rline；計(jì)算單元具體用于：設(shè)定特高壓直流單極故障點(diǎn)距離送端換流站距離為lf，基于第一獲得單元獲得的參數(shù)求得故障后極線等效電感l(wèi)eq及等效電阻值req為：

其中，所述第二生成單元具體用于：獲得特高壓直流運(yùn)行電壓uop、空載理想直流電壓udi0，接地極引線長(zhǎng)度l_gnd，中性極母線平波電抗器電感值l2，接地極引線電感值lgnd，接地極引線電阻值rgnd，中性極母線上沖擊電容值c1，電流pi控制器比例控制參數(shù)kp，電流pi控制器積分控制參數(shù)ki，故障后直流轉(zhuǎn)帶電流di，直流轉(zhuǎn)帶等效時(shí)間常數(shù)tc，電網(wǎng)等值換相阻抗dr；

生成傳遞函數(shù)g(s)具體包括：

(a)計(jì)算傳遞函數(shù)temp1(s)、temp2(s)、temp3(s)：

(b)計(jì)算傳遞函數(shù)temp4(s)：

temp4(s)＝(temp1*temp2)(s)+temp3(s)(0.33)

其中，(temp1*temp2)(s)表示temp1(s)、temp2(s)函數(shù)做卷積；

(c)計(jì)算傳遞函數(shù)temp5(s)：

temp5(s)＝-voplgnds-voprgnd(0.34)

(d)計(jì)算傳遞函數(shù)temp6(s)、temp7(s)、temp8(s)、temp9(s)：

(e)計(jì)算傳遞函數(shù)tempa(s)、tempb(s)：

(f)計(jì)算傳遞函數(shù)tempc(s)、tempd(s)、tempe(s)：

(g)計(jì)算g(s)

其中，估算單元用于利用prony算法辨識(shí)v(t)曲線的主導(dǎo)振蕩頻率得到電壓曲線的振蕩頻率f。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊粋€(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)中的技術(shù)方案計(jì)及特高壓直流一次系統(tǒng)參數(shù)、控制系統(tǒng)行為，推導(dǎo)了直流輸電工程單極故障接地極引線電壓變化的s域表達(dá)式，提出過電壓峰值及電壓振蕩頻率的估算方法，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率進(jìn)行估算的技術(shù)效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是本申請(qǐng)中接地極引線過電壓幅值及振蕩頻率的估算方法的流程示意圖；

圖2是本申請(qǐng)中人工短路試驗(yàn)時(shí)送端接地極引線電壓波形示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種接地極引線過電壓幅值及振蕩頻率的估算方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有存在不能同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率的進(jìn)行估算的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率進(jìn)行估算的技術(shù)效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

請(qǐng)參考圖1-圖2，根據(jù)西南某±800kv實(shí)際特高壓直流工程參數(shù)構(gòu)建驗(yàn)證算例。直流輸電系統(tǒng)額定輸送容量8000mw，輸電線路長(zhǎng)度1652km，送端接地極引線長(zhǎng)度101.8km。

表1給出了工程的部分參數(shù)。

表1重要系統(tǒng)參數(shù)

tab1.parametersofobtainedcase

2014年，在該特高壓直流低端調(diào)試期間，在受端進(jìn)行了極i直流線路人工短路試驗(yàn)。通過錄波發(fā)現(xiàn)送端接地極引線上出現(xiàn)了明顯的過電壓，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)特高壓直流單極故障時(shí)，接地極引線首端出現(xiàn)了高于正常運(yùn)行電壓的情況，同時(shí)并產(chǎn)生了相應(yīng)的振蕩。

利用本專利提出的方法，得到傳遞函數(shù)g(s)為

由此，利用傳遞函數(shù)可以得過電壓的幅值及振蕩頻率，并將其與實(shí)測(cè)電壓相比較，所得結(jié)果如表2所示。

表2傳遞函數(shù)結(jié)果與實(shí)測(cè)電壓的比較

tab2.comparesresultsbetweenthemeasuredwaveformandthesolutionofthetransferfunction

由表2可知，本專利提基于傳遞函數(shù)計(jì)算得到的振蕩頻率與幅值與真實(shí)值間的誤差不超過4％，滿足工程計(jì)算要求。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)中的技術(shù)方案計(jì)及特高壓直流一次系統(tǒng)參數(shù)、控制系統(tǒng)行為，推導(dǎo)了直流輸電工程單極故障接地極引線電壓變化的s域表達(dá)式，提出過電壓峰值及電壓振蕩頻率的估算方法，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)特高壓直流單極故障引發(fā)送端接地極引線過電壓的幅值及振蕩頻率進(jìn)行估算的技術(shù)效果。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。