高压直流输电线路雷击干扰识别研究文献综述

 2023-08-14 03:08
  1. 文献综述(或调研报告):

随着行波保护等超高速暂态量保护在高压直流输电系统的应用日益广泛,雷击干扰引起的保护误动问题已然出现,国内外学者开展了大量的雷击干扰识别研究并取得了一定成果。雷电波以电流源形式从被击点注入系统,雷击干扰或雷击故障将在输电线路上引起电气量变化,表现为丰富的暂态特征,可结合数学方法进行提取和辨识,现有成果从时域和频域两个角度进行研究。时域上主要通过统计学方法、微积分运算等提取数值特征,或基于相关度分析、形态学分析等识别波性特征,形成保护判据;频域上通过时频分析方法,从不同频段能量的角度辨识雷击干扰。

对于时域波形,可以通过数学方法处理信号,如文献[4]通过比较两极电压突变量及其比值排除雷击干扰、换相失败、交流侧故障,并辨别故障极,通过对电流突变量进行小波变换排除区外故障,最终提出了保护判据。文献[5]认为,发生绕机故障时零模电压在故障后呈现单调变化,小波变换模极大值极性相同,而反击故障零模电压正负交替变化,零模电压极性相反,通过零模电压模极大值之比判断是绕击故障还是反击故障。文献[6]认为故障时5ms时窗内的电压均值较小,雷击未引起故障的情况下改制接近该极电压轴线值,通过计算短时窗内的电压均值,识别雷击干扰和线路故障。文献[7]分析了故障时输电线路的行波过程,通过小波变换后的能量谱识别普通接地故障和雷击产生的干扰或故障,再通过比较电压标准化之后的方差识别是故障还是干扰。文献[8]对时域电压平方值进行积分,将积分结果作为区别故障和干扰的保护判据。这类方法通过提取均值、方差和突变量等时域数值特征,运算简单,但其阈值易受雷电参数影响,具有难以整定的缺陷。

通过相关度分析、形态学多尺度分析、MMG变换等信号处理方法提取时域波形信息,从而区分雷击干扰和各种故障也同样可行。文献[9]认为特高压直流输电线路受到雷击未故障时,极线上电压行波围绕直流分量上下交替变化,与轴线电压相关度趋近于1,此特征可作为识别雷击干扰的判据。文献[10]分析了直流输电线路雷击暂态过程,认为雷击引起故障或普通接地故障时,故障极行波呈下降趋势,健全极行波则因电磁耦合在雷击起始时呈上升趋势,两极行波与原直流分量的相关系数极性相反,雷击未致故障时由于西安路肩电磁耦合,行波波形变化一致,相关系数极性相同。文献[11]将时窗前2ms电压采样值进行相关度计算,后3ms采样值进行均值归一化计算,将两特征进行可拓融合识别雷击干扰,兼有故障选极功能。文献[12]分析了故障时输电线路的行波过程,经过形态学多尺度分解后的第2尺度、第6尺度电流首波头幅值最大值之比,识别雷击故障和接地故障。文献[13]对电流波形进行MMG变换后提取形态谱特征量,区分逆变侧区外、整流侧区外和区内故障。这类方法通过提取相似度、模极大值极性和谱特征等波形数值特征,具有明确的整定原则,但如上波形特征的提取需要基于长时间窗,难以与超高速暂态量保护相配合。

通过小波变换等时频变换,从不同频段能量分布差异的角度也可以区别雷击干扰和各类故障。文献[14]对绕击、反击的未故障情况和雷击及普通接地故障的电压波形进行分析,普通短路故障与强故障性雷击时电流信号的暂态能量主要集中在低频带,而雷电干扰与弱故障性雷击时电流信号的暂态能 量则主要以高频为主,通过提取其小波变换后在频域上的能谱,计算其高频、低频信息熵的比值作为识别干扰和故障的保护判据。文献[15]利用小波奇异熵的概念分析不同情况下的信号复杂度,认为故障情况下暂态信号在突变时刻前后两个数据窗内复杂度变化较大,反击未故障时基本不发生变化,而绕击未故障时信号复杂度变化最大,通过比较突变前后两个数据窗奇异熵的变化,可以识别绕击干扰、反击干扰和故障。再通过比较高频分量的含量区分接地故障和雷击故障。上述两种识别方法都基于小波变换,小波变换作为一种时频分析方法,能够有效划分信号的频段,具有良好的时间局部性,但其小波基的选取、参数的确定具有较强的经验性,选取不当均会对提取结果产生不利影响。

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