接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算方法及系统与流程

本发明涉及电力系统频率稳定分析与评估领域，具体地，涉及一种接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算方法。

背景技术：

特高压直流输电技术具有输送容量大、输电距离远、控制性能强等优点，在电能的远距离传输及区域电网互联中发挥了举足轻重的作用。然而，近年直流输电系统运行经验表明，虽然我国在超特高压直流输电技术领域已经达到国际领先水平，但在直流输电系统设计、一次设备制造和控制保护系统技术性能及可靠性等方面仍然存在部分缺陷，影响直流输电系统及两侧电网的安全运行。

接地极是特高压直流输电系统的重要组成部分，主要起到提供大地回流通路、建立系统电压参考点等作用，因此直流接地极及其引线的运行状态与直流输电运行的可靠性密切相关。随着特高压直流输电工程的不断建设和投运，接地极极址选择日趋困难，同时考虑到直流偏磁对换流站设备的影响，某些特高压直流输电工程的接地极距离换流站距离已超过100km，因此暂态过程中接地极引线的电磁暂态响应特性更加复杂，甚至影响了直流工程的可靠性。2015年7月13日，西南某特高压直流在受端换流站极i出墙套管故障下，引起了送端接地极引线过电压闪络，并连锁导致极ii低端发生了误闭锁，引起了学术界和工业界高度重视。

近年来接地极引线在特高压直流异常工况下出现过电压，甚至导致直流闭锁的事件时有发生。2007年4月2日，高肇直流在极1故障闭锁期间，由于正常电压感应，引发接地极开路保护动作，引发双极闭锁。而楚穗直流也发现了在其单极闭锁故障时，接地极引线存在过电压现象，并有可能会发生闪络。然而，在现有技术中均未对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率的估算方法进行报道。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，存在不能同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率的进行估算的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算方法及系统，解决了现有存在不能同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率的进行估算的技术问题，实现了同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率进行估算的技术效果。

本申请针对特高压直流工程接地极线路的绝缘配合情况开展了试验研究，得出了招弧角对长距离、大容量接地极线路保护效果有限的结论。针对伊敏、穆家换流站接地极操作过电压保护进行了分析，针对换流站接地极线路招弧角间隙的可用性进行了计算。

本申请提供了一种特高压直流单极故障引发接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算方法，其中，±800kv以上电压为特高压包括以下步骤：

(a)通过对特高压直流控制保护系统逻辑框图、主接线图、主设备参数等资料收集的方法，获得特高压直流运行电压uop、空载理想直流电压udi0，运行电流iop、极线长度l_line，接地极引线长度l_gnd，极母线平波电抗器电感值l1，中性极母线平波电抗器电感值l2，极线电感值lline，极线电阻值rline，接地极引线电感值lgnd，接地极引线电阻值rgnd，中性极母线上冲击电容值c1，电流pi控制器比例控制参数kp，电流pi控制器积分控制参数ki，故障后直流转带电流di，直流转带等效时间常数tc，电网等值换相阻抗dr。

(b)设定特高压直流单极故障点距离送端换流站距离为lf，因此可以求得故障后极线等效电感leq及等效电阻值req为

(c)生成特高压直流单极故障引发接地极引线电压响应传递函数v(s)

(d)利用龙格库塔法等数值求解的方法，获得传递函数v(s)冲击响应的时域曲线：v(t)

(e)可以得到，特高压直流单极故障引发接地极引线过电压幅值vpeak

vpeak＝max(maxv(t),|minv(t)|)(0.21)

(f)利用prony算法辨识v(t)曲线的主导振荡频率得到电压曲线的振荡频率f

prony算法属于成熟算法，它是通过拟合的方法，将等间距的采样数据表示为如下的表达式y(t)：

其中，电压曲线的振荡频率f可以通过下式进行计算:

其中：im()表明取虚部；

进一步的，传递函数g(s)的生成方法为：

(a)计算传递函数temp1(s)、temp2(s)、temp3(s)

(b)计算传递函数temp4(s)

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

其中，(temp1*temp2)(s)表示temp1(s)、temp2(s)函数做卷积。

(c)计算传递函数temp5(s)

temp5(s)＝-voplgnds-voprgnd(0.25)

(d)计算传递函数temp6(s)、temp7(s)、temp8(s)、temp9(s)

(e)计算传递函数tempa(s)、tempb(s)

(f)计算传递函数tempc(s)、tempd(s)、tempe(s)

(g)计算g(s)

另一方面，本申请还提供了一种接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算系统，所述系统包括：

第一获得单元，所述第一获得单元用于获得极线参数和极母线平波电抗器参数；

计算单元，所述计算单元用于：设定特高压直流单极故障点距离送端换流站距离为lf，基于第一获得单元获得的参数求得故障后极线等效电感及电阻值；

第一生成单元，所述第一生成单元用于基于步骤2获得的参数，生成传递函数g(s)；

第二生成单元，所述第二生成单元用于：基于传递函数g(s)，生成特高压直流单极故障引发接地极引线电压响应传递函数v(s)：

第二获得单元，所述第二获得单元用于：获得传递函数v(s)冲击响应的时域曲线v(t)；

估算单元，所述估算单元用于：基于曲线v(t)，一方面获得特高压直流单极故障引发接地极引线过电压幅值vpeak，另一方面获得v(t)曲线的主导振荡频率得到电压曲线的振荡频率f；

其中：vpeak＝max(maxv(t),|minv(t)|)。

其中，第二获得单元具体用于：利用数值求解的方法，获得传递函数v(s)冲击响应的时域曲线v(t)。

其中，第一获得单元具体用于：获得参数：极线长度l_line，极母线平波电抗器电感值l1，极线电感值lline，极线电阻值rline；计算单元具体用于：设定特高压直流单极故障点距离送端换流站距离为lf，基于第一获得单元获得的参数求得故障后极线等效电感leq及等效电阻值req为：

其中，所述第二生成单元具体用于：获得特高压直流运行电压uop、空载理想直流电压udi0，接地极引线长度l_gnd，中性极母线平波电抗器电感值l2，接地极引线电感值lgnd，接地极引线电阻值rgnd，中性极母线上冲击电容值c1，电流pi控制器比例控制参数kp，电流pi控制器积分控制参数ki，故障后直流转带电流di，直流转带等效时间常数tc，电网等值换相阻抗dr；

生成传递函数g(s)具体包括：

(a)计算传递函数temp1(s)、temp2(s)、temp3(s)：

(b)计算传递函数temp4(s)：

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

其中，(temp1*temp2)(s)表示temp1(s)、temp2(s)函数做卷积；

(c)计算传递函数temp5(s)：

temp5(s)＝-voplgnds-voprgnd(0.34)

(d)计算传递函数temp6(s)、temp7(s)、temp8(s)、temp9(s)：

(e)计算传递函数tempa(s)、tempb(s)：

(f)计算传递函数tempc(s)、tempd(s)、tempe(s)：

(g)计算g(s)

其中，估算单元用于利用prony算法辨识v(t)曲线的主导振荡频率得到电压曲线的振荡频率f。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请中的技术方案计及特高压直流一次系统参数、控制系统行为，推导了直流输电工程单极故障接地极引线电压变化的s域表达式，提出过电压峰值及电压振荡频率的估算方法，实现了同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率进行估算的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算方法的流程示意图；

图2是本申请中人工短路试验时送端接地极引线电压波形示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种接地极引线过电压幅值及振荡频率的估算方法及系统，解决了现有存在不能同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率的进行估算的技术问题，实现了同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率进行估算的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1-图2，根据西南某±800kv实际特高压直流工程参数构建验证算例。直流输电系统额定输送容量8000mw，输电线路长度1652km，送端接地极引线长度101.8km。

表1给出了工程的部分参数。

表1重要系统参数

tab1.parametersofobtainedcase

2014年，在该特高压直流低端调试期间，在受端进行了极i直流线路人工短路试验。通过录波发现送端接地极引线上出现了明显的过电压，如图2所示。

由图2可知，当特高压直流单极故障时，接地极引线首端出现了高于正常运行电压的情况，同时并产生了相应的振荡。

利用本专利提出的方法，得到传递函数g(s)为

由此，利用传递函数可以得过电压的幅值及振荡频率，并将其与实测电压相比较，所得结果如表2所示。

表2传递函数结果与实测电压的比较

tab2.comparesresultsbetweenthemeasuredwaveformandthesolutionofthetransferfunction

由表2可知，本专利提基于传递函数计算得到的振荡频率与幅值与真实值间的误差不超过4％，满足工程计算要求。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请中的技术方案计及特高压直流一次系统参数、控制系统行为，推导了直流输电工程单极故障接地极引线电压变化的s域表达式，提出过电压峰值及电压振荡频率的估算方法，实现了同时对特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压的幅值及振荡频率进行估算的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。