1.一种基于波形相关系数的柔性直流电网故障方向判据方法,其特征在于,所述波形为柔性直流电网线路端口测量得到的电压和电流在经过处理之后得到的线模故障电压和线模故障电流;
线路端口测量得到的电压和电流的处理方法为:先用实际测量值减去稳态运行值得到故障分量,再利用极模解耦矩阵解耦得到线模故障电压和线模故障电流分量;所述波形的相关系数为利用皮尔森关联系数计算得到线模故障电压和线模故障电流的关联系数;
所提故障方向信息能够判断同接在直流母线上的故障线路和非故障线路,其中故障线路的条数为1,而非故障线路的条数为n,其中n≥1;当直流线路发生故障时,在故障线路端口测得的线模故障电压和线模故障电流间的变化趋势不相关,两者的相关系数为零;而在同直流母线非故障线路端口上测得的线模故障电压和线模故障电流间的变化趋势线性相关,两者的相关系数接近1;
所提柔性直流电网故障方向判据为:在柔性直流电网中任意的线路端口,当线模故障电压和线模故障电流的皮尔森关联系数大于等于0.5时为反方向故障,当线模故障电压和线模故障电流的皮尔森关联系数小于0.5时为正方向故障;
根据叠加定理、极模解耦、故障点边界条件得四端柔性直流电网在直流线路12上的F1位置发生单极接地故障后得到的暂态等效电路图,其中:过渡电阻为Rf,故障距离R12长度为d,l12是故障线路总的长度,l14为同直流母线上非故障线路总的长度,UN为线路额定电压,换流站1配置的FCLR大小为L1,换流站2配置的FCLR大小为L2,Zt1、Zt2和Zt4为各个MMC在子模块闭锁之前的等效阻抗,对于换流站1表示为:Zt=sLeq+1/sCeq (1)
其中,Leq为MMC的等效电抗,Ceq为MMC的等效电容,等效电阻与线路的波阻抗相比小得多因而被忽略了;存在依频特性的直流线路采用戴维南等效模型,其中线模分量表述为:1
其中:H1(d)为线模故障行波传递d长度后的传递函数,ΔUf1和ΔIf1 分别为故障点位置产生的初始线模故障行波,ΔUt1和ΔIt1分别为传递到故障线路端口位置的线模故障行波,Zc1为直流线路的线模波阻抗,Bt1和Bf1分别为反向和正向线模故障电压行波;同理零模分量也可以采用戴维南等效模型,其中H0(d)为零模故障行波传递d长度后的传递函数,ΔUf0和Δ1
If0分别为故障点位置产生的初始零模故障行波,ΔUt0和ΔIt0分别为传递到故障线路端口位置的零模故障行波,Zc1为直流线路的零模波阻抗;
利用拉普拉斯变换求解等值电路,得到直流母线1上故障线路R12位置线模故障电压和线模故障电流的传递函数分别为:其中:Ut1‑tf和It1‑tf分别为故障线路端口线模故障电压和线模故障电流的传递函数,ΔUt1和ΔIt1分别为故障线路端口测量得到的线模故障电压和线模故障电流,ΔUs为考虑了行波多次折射和反射之后故障点位置的等效电压,ρt1为线模故障电压在线路端口的反射系数大小,表示为:同理,根据拉普拉斯变换,求得直流母线1上非故障线路R14位置线模故障电压和线模故障电流的传递函数分别为:其中:ΔUh1和ΔIh1分别为非故障线路R14位置测量得到的线模故障电压和线模故障电流,Uh1‑tf和Ih1‑tf分别为同直流母线非故障线路端口线模故障电压和线模故障电流的传递函数,Ub1‑tf为直流母线上线模故障电压的传递函数,表示为利用故障线路和同直流母线非故障线路线模故障电压和线模故障电流的传递函数,即式(3)和(5),得到:从式(6)发现,对于故障线路,线模故障电压ΔUt1和线模故障电流ΔIt1的比值与反射系数ρt1有关,ρt1是一个随着反射波形的变化而变化的系数,因此ΔUt1和ΔIt1的关联性很小;
对于同直流母线上的非故障线路,线模故障电压ΔUh1和线模故障电流ΔIh1的比值为线模波阻抗,是一个常数,因此ΔUh1和ΔIh1为线性相关;可以总结,当直流线路发生故障时,在故障线路测得的线模故障电压和线模故障电流间的变化趋势不相关,两者的相关系数几乎为零;而在同直流母线非故障线路上测得的线模故障电压和线模故障电流间的变化趋势线性相关,两者的相关系数接近1。