柔性直流輸電換流器的故障診斷方法研究.pdf

1、基于電壓源換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)（VSC-HVDC）是應(yīng)綠色電網(wǎng)、新能源發(fā)電并網(wǎng)發(fā)展起來(lái)的一種新型直流輸電技術(shù)，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的獨(dú)立控制，無(wú)需額外的濾波設(shè)備、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊，適用于風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)、孤島送電、交流系統(tǒng)異步互聯(lián)等很多領(lǐng)域。電壓源換流器作為柔性直流輸電系統(tǒng)最重要的組成部分，其過(guò)壓和過(guò)流能力差，容易出現(xiàn)故障問(wèn)題并維護(hù)困難。本文以基于兩電平電壓源換流器的VSC-HVDC為模型，重點(diǎn)研究了電壓源換流器常見(jiàn)故障

2、的類型識(shí)別問(wèn)題、IGBT閥失效開(kāi)路故障定位、VSC-HVDC換流器故障診斷和故障保護(hù)協(xié)調(diào)配合等相關(guān)內(nèi)容，旨在為VSC-HVDC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于所建立的VSC-HVDC系統(tǒng)PSCAD/EMTDC仿真模型，結(jié)合故障仿真結(jié)果深入研究了系統(tǒng)無(wú)保護(hù)策略情況下電壓源換流器內(nèi)部常見(jiàn)7類故障的運(yùn)行特性，依據(jù)故障嚴(yán)重程度把故障分為非破壞性故障和破壞性故障，分析了直流電壓、直流電流及三相交流電流等故

3、障信號(hào)的變化規(guī)律，探討了柔性直流輸電系統(tǒng)可變運(yùn)行參數(shù)、PI控制器參數(shù)對(duì)電壓源換流器的故障信號(hào)波形畸變程度的影響，提出以換流器故障信號(hào)諧波作為故障診斷所需特征參數(shù)。⑵在深入研究電壓源換流器故障特征基礎(chǔ)上，結(jié)合信號(hào)處理和模式識(shí)別思想，提出了一種能夠識(shí)別VSC-HVDC電壓源換流器內(nèi)部常見(jiàn)故障類型的算法。該算法提出以直流電壓作為故障診斷信號(hào)，對(duì)其預(yù)處理后利用小波變換提取出不同頻率段諧波信號(hào)能量作為特征參數(shù)，結(jié)合層次化分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)

4、換流器常見(jiàn)故障類型識(shí)別。編寫程序進(jìn)行算法仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的算法能準(zhǔn)確診斷電壓換流器的故障類型，診斷結(jié)果不依賴于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。⑶對(duì)電壓源換流器閥臂開(kāi)路等非破壞性故障的故障特性及故障定位進(jìn)行了深入研究。建立IGBT閥開(kāi)路故障的直流電壓波動(dòng)分量數(shù)學(xué)模型和兩側(cè)換流器故障交流電流的數(shù)學(xué)模型，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行故障實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致。深入分析系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)突變對(duì)兩側(cè)換流器三相交流電流基波分量相位影響基礎(chǔ)上，提出了一種綜合利用交流電流直流

5、分量和基波相位差的故障閥臂定位算法，可有效避免傳輸功率翻轉(zhuǎn)引起的誤判問(wèn)題，通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法。理論分析交流單相斷線對(duì)系統(tǒng)直流側(cè)及兩側(cè)換流器產(chǎn)生的故障影響，建立故障直流電壓波動(dòng)分量的數(shù)學(xué)模型和兩側(cè)換流器故障交流電流的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)故障諧波傳遞規(guī)律。提出了整體非破壞性故障定位算法并通過(guò)仿真驗(yàn)證。⑷研究VSC-HVDC系統(tǒng)電壓源換流器故障的保護(hù)和診斷的協(xié)調(diào)配合。介紹了換流器故障分層設(shè)計(jì)思想和故障保護(hù)策略。對(duì)破壞性故障（包括IGBT失效短路等