基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法

摘要

本发明公开了一种基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法：在直流输电系统运行期间，获取阀组直流母线电压测量值，将测量值与同输送功率值下的历史电压值进行对比，计算二者差异度，如无差异，再将测量值与阀组直流母线电压理论值进行对比，并计算其差异度，如仍无差异，最后将阀组交流侧输入功率与直流侧输出功率进行对比，计算其差异度，若任何差异度大于设定阈值，即可判定阀组直流母线电压测量值异常；反之，则判定测量值正常。本发明所述方法理论分析与实测数据的验证均表明电气量测量故障判别准确、方法简单、效果良好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电气量测量故障判别方法，尤其涉及一种基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法，属于电力系统直流控制保护技术领域。

背景技术

云南至广东±800千伏直流输电工程楚穗直流和南方电网第二条±800千伏特高压直流普侨直流出现过多起因直流母线电压等关键电气量测量偏差导致阀组触发角异常、换流变档位异常等问题，可见此类一次设备故障导致的测量值偏差无法被冗余设计的测量系统通过对比两套测量回路采样值进行鉴别，但关键电气量可通过交、直流侧功率大小对比、高低端阀组触发角推算直流侧电压以及历史值对比等方法分析是否存在异常，如果能够通过现有资料或信息找到一种方法，能够判断直流电气量测量是否出现了故障，即可消除测量系统的校验死角，将各电气量建立联系，实现互相校验，提高测量结果可信度。

发明内容

本发明的目的是克服现有直流测量系统检测不出一次设备故障导致测量偏差的问题，提出一种基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法，消除测量系统的校验死角，提高测量结果可信度。

为了解决以上所述技术问题，本发明提出一种基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法，所述判别方法包括以下步骤：

(1)直流母线电压测量值与历史值比较在直流输电系统运行期间，获取阀组直流母线电压测量值，将所述测量值与同输送功率值下的电压历史值进行对比，并计算其差异度，如果|电压测量值-电压历史值|>0.01p.u，说明测量异常，即可判断直流电气量测量出现了故障，如果|电压测量值-电压历史值|≤0.01p.u，则进行步骤(2)；

所述直流母线电压测量值直接从测量系统获取；直流母线电压历史值由换流站直流母线电压历史运行数据与同时期的直流输送功率历史值关联而得，所述关联方法为采用三次样条插值曲线拟合算法,以各个离散点的电压历史值和相对应的功率历史值求出近似曲线方程，由近似曲线方程可求出任何功率下的近似电压历史值；

(2)直流母线电压测量值与理论值比较将交流进线电压U_l、阀组触发角α、阀组阻抗X_r1和直流侧电流I_d的测量值导入公式求出此时阀组直流母线电压理论值U_d，将测量值与所得理论值进行比较，并计算其差异度，判断测量值是否有异常；

所述U_d的计算公式求出的是空载状态的阀组直流母线电压U_d，公式中的交流进线电压U_l、阀组触发角α和直流侧电流I_d通过现场测量系统获取，所述阀组阻抗X_r1由换流站阀组阻抗X_r1历史运行数据与同时期的直流输送功率历史值关联而得，所述关联方法采用三次样条插值曲线拟合算法,以各个离散点的阀组阻抗历史值和相对应的功率历史值求出近似曲线方程，由近似曲线方程可求出任何功率下的近似阀组阻抗历史值，再代入所述公式计算电压理论值；

求出阀组直流母线电压理论值，将直流母线电压测量值与所得理论值比较，如果|电压测量值-电压理论值|>0.01p.u，说明测量异常，即可判断直流电气量测量出现了故障，如果|电压测量值-电压理论值|≤0.01p.u，则进行步骤(3)；

(3)阀组输入、输出功率比较阀组输出功率P_d与阀组直流母线电压U_d、直流侧电流I_d的关系为：P_d＝U_d*I_d，将实际测量所得的阀组直流母线电压U_d、直流侧电流I_d代入公式求出阀组输出功率P_d，将测量系统获所得的阀组输入功率与P_d相减即可求其差异度，如果|阀组输入功率-阀组输出功率|>0.01p.u，说明测量异常，即可判断直流电气量测量出现了故障，如果|阀组输入功率-阀组输出功率|≤0.01p.u，则判定测量值为正常；

所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的顺序可互换。

作为优先，本发明所述阀组直流母线电压测量值获取三次，在直流输电系统运行期间，每隔0.5-1.5h获取一次，将每次获取的测量值与同输送功率值下的历史电压值或理论电压值进行对比，只要有一次出现异常，即可确定判断；所述阀组输入功率获取不少于三次，将每次获取的输入功率与输出功率比较，只要有一次出现异常，即可确定判断。

本发明所述方法的主要原理是：

一、直流母线电压测量值与历史值比较

当直流母线电压测量值采样出现异常，其值将与同工况下的历史值产生偏差。利用这个特性，通过对比测量值与历史值的差异度，可检测测量值采样异常问题。

二、直流母线电压测量值与理论值比较

阀组直流母线电压理论值可根据公式求出，通过对比测量值与理论值的差异度，可检测测量值采样异常问题。

三、阀组输入、输出功率比较

阀组输出功率由控制系统根据直流电压、电流测量值闭环控制，因此进行阀组输入、输出功率比较可检测直流电压测量值的正确性。

本发明所述基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法,在直流输电系统运行期间，周期性地获取各阀组直流母线电压测量值，将测量值与同输送功率值下的历史电压值进行对比，并计算其差异度，如果无差异，再将阀组触发角、阀组阻抗、直流侧电流测量值导入公式求出此时阀组直流母线电压理论值并与采样值(测量值)进行对比，并计算其差异度，如果再无差异，最后将阀组交流侧输入功率与直流侧输出功率进行对比，并计算其差异度，若任何差异度大于设定阈值，即可判定阀组直流母线电压测量值异常；反之，则判定测量值正常。

本发明的有益效果：本发明所述方法将换流站关键电气量通过交直流侧功率大小对比、高低端阀组触发角推算直流侧电压以及历史值对比等方法分析关键电气量是否存在异常，解决一次系统故障能导致两套互冗余测量系统测量均出错的问题，从而消除测量系统的校验死角，将各电气量建立联系，实现互相校验，提高测量结果可信度。

附图说明

图1为本发明所述方法对直流电气量测量是否存在故障的判别流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，以使本领域技术人员可以更好地理解本发明并能予实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明所述基于历史数据样本库和算法校验的直流电气量测量故障判别方法，判别步骤如下：

(1)直流母线电压测量值与历史值比较将电压测量值与同输送功率值下的正常的电压历史值进行对比，如果测量值采样出现异常，将与同工况下的历史值产生偏差,以此可判断直流电气量测量是否出现故障。

直流母线电压测量值直接从测量系统获取，以双极四阀组换流站为例，在直流输电系统运行期间，每隔1h周期性地获取四个阀组直流母线电压测量值，直流母线电压历史值由换流站直流母线电压历史运行数据与同时期的直流输送功率历史值关联而得。直流母线不同的电压历史值对应不同的直流输送功率历史值，见表一，由于电压历史值和功率历史值都是一个一个离散的点，不利于在500MW-5000MW范围(双极四阀组换流站输送功率能力范围)内取任意历史值进行对比，因此用三次样条插值曲线拟合算法将所述离散点求出其近似曲线方程，进而算出任何功率下的近似电压历史值；

三次样条插值多项式S_n(x)是分段函数，它在节点x_i(a＝x₀<x₁<…<x_n-1<x_n＝b)分成的每个小区间[x_i-1,x_i]上是3次多项式，其在此区间的表达式如下：

其中h_i＝x_i-x_i-1

因此，只要确定M_i的值，就确定整个表达式，进而求出通过所有离散点的曲线方程。M_i的计算方法如下：

令：

式1.1

则M_i满足如下n-1个方程：

式1.2 μ_iM_i-1+2M_i+λ_iM_i+1＝d_i，i＝1,2,…,n-1

对于第一类边界条件下,给定两端点导数值S′(χ₀)＝y′₀,S′(χ_n)＝y′_n,则有：

式1.3

令则有：

式1.4

则解为：

式1.5

这是三弯矩方程组，其中M_i，i＝0,1,…n就是三次样条函数S(χ)的矩。根据式1.4，μ_n＝1，λ₀＝1，其余各系数可以通过式1.1和式1.2中的系数计算出来。这个方程组的系数矩阵是一个严格对角占优的对角线矩阵，使用追赶法即可求解S(χ)，即求出直流功率与近似电压历史值的关系，获得任何功率值下的近似电压历史值，可以求任何功率下对应的电压值，实现直流母线电压测量值与历史值比较。

表一：直流母线不同的电压历史值与对应的直流输送功率历史值

直流母线电压历史值(kV)直流输送功率历史值(MW)788500MW7901000MW7911500MW7932000MW7952500MW7973000MW7993500MW8004000MW8014500MW8025000MW

计算出直流母线电压测量值与历史值的差异，如果|电压测量值-电压历史值|＞0.01p.u(1p.u＝200kV)，说明测量异常，即可判断直流电气量测量出现了故障，如果|电压测量值-电压历史值|≤0.01p.u，则进行步骤(2)。

(2)直流母线电压测量值与理论值比较将阀组触发角α、阀组阻抗X_r1和直流侧电流I_d的测量值导入公式求出此时阀组直流母线电压理论值，将所得理论值与测量值进行比较，并计算其差异度，判断测量值是否有异常；阀组直流侧电压U_d、交流进线电压U_l、阀组触发角α、阀组阻抗X_r1、直流侧电流I_d的关系可用下式表达：

该公式中的交流进线电压U_l、阀组触发角α和直流侧电流I_d通过现场测量系统获取，所述阀组阻抗X_r1由换流站阀组阻抗X_r1历史运行数据与同时期的直流输送功率历史值关联而得。公式求出的是空载状态直流侧电压U_d，与现场运行工况存在偏差，为简化计算，将现场工况存在的偏差加在阀组阻抗上，因此阀组阻抗X_r1由换流站阀组阻抗X_r1历史运行数据与同时期的直流输送功率历史值关联而得；阀组阻抗X_r1不同的历史值对应不同的直流输送功率历史值，都是一个一个离散的点，见表二，采用与步骤(1)相同的三次样条插值曲线拟合算法以各个离散点的阀组阻抗历史值和相对应的功率历史值求出近似曲线方程，由近似曲线方程可求出任何功率下的近似阀组阻抗历史值，再代入所述公式计算电压理论值；

表二：阀组阻抗历史值与对应的直流输送功率历史值关联关系

阀组阻抗X_r1历史值(Ω)直流输送功率历史值(MW)20.01500MW20.131000MW20.211500MW20.272000MW20.332500MW20.413000MW20.453500MW20.564000MW20.724500MW20.785000MW

求出阀组直流母线电压理论值，实现直流母线电压测量值与理论值比较，如果|电压测量值-电压理论值|＞0.01p.u(1p.u＝200kV)，说明测量异常，即可判断直流电气量测量出现了故障，如果|电压测量值-电压理论值|≤0.01p.u，则进行步骤(3)。

(3)阀组输入、输出功率比较阀组输出功率由控制系统根据直流电压、电流测量值闭环控制，因此进行阀组输入、输出功率比较可检验直流电压测量的正确性；阀组输出功率P_d与直流电压U_d、直流侧电流I_d的关系为：

P_d＝U_d*I_d

所述U_d、I_d为直流输电线路上的直流电压、直流侧电流，从系统里可以获得，将实际测量所得的直流电压U_d、直流侧电流I_d代入公式求出阀组输出功率P_d，将阀组输入功率与P_d相减即可求其差异度，如果|阀组输入功率-阀组输出功率|＞0.01p.u(1p.u＝200kV)，说明测量异常，即可判断直流电气量测量出现了故障，如果|阀组输入功率-阀组输出功率|≤0.01p.u，则判定测量值为正常。

本发明所述判别方法，所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的顺序可互换，先进行哪一步都可以，只要有一步比较异常，即可作出判断，无须再进行下一步比较工作，只有经比较无异常，才进行下一步的比较工作。