[发明专利]基于瞬态辐射电场信号的电力设备端口电压全波形重建方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于瞬态辐射电场信号的电力设备端口电压全波形重建方法及系统，该方法基于高压直流电力设备动作时所产生的瞬态辐射近电场对设备两端平均电压进行重建计算，得出端口电压的拟合全波形，可用于针对高压直流电力设备开展非接触式在线监测、故障诊断及态势感知等用途。本发明能够充分克服传统的换流站电磁辐射干扰计算方法占据计算资源大，仿真效率低等缺点；基于电场传感器的监测手段克服了传统电压测量装置体积大、成本高和维护难度大等缺点，本发明能够丰富针对高压直流换流阀厅内电力设备在线监测的手段，提升直流系统的维护效率。

技术领域

本发明属于高压直流换流站阀厅内关键电力设备故障诊断技术领域，具体涉及一种基于瞬态辐射电场信号的电力设备端口电压全波形重建方法及系统。

背景技术

直流输电技术和直流电网工程是解决新能源发电、消纳及并网问题所广泛采用的技术手段之一，因此基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压直流输电系统(HVDC)在近十年来发展迅速。然而，柔性直流输电网也面临着严峻的挑战，如短路故障导致系统电流在数毫秒内升高至kA级别等，这会使换流站中一些关键电力电子装备承受破坏性电气应力。因此，对换流站内的关键电力设备进行状态监测是确保柔直系统安全的重要手段。

现有研究表明，通过电力设备动作过程中所产生的瞬态辐射电磁场(TransientElectromagnetic Field,TEMF)，可以准确地判断设备的动作时序及健康状态，但针对阀厅内各种设备所产生的空间电磁场的研究一般侧重于电磁兼容角度，尚未发现有特别针对电力设备的非接触式态势感知技术展开有关空间电磁场的理论研究并对其进行试验验证的相关报道。除此之外，在电网运行过程中不可避免地需要对设备及线路的电压进行测试，稳态及暂态高压信号的传统测量系统往往需要借助大体积的分压器，但其动态特性较差，传统测量系统的采样频率也较低(一般在10kHz以下)，难以实时响应电力设备的瞬态电压变化，还可能遗漏携带重要故障信息的高频分量；现已有大量学者以输电线路为研究对象针对电压的非接触式测量展开研究，并且在理论研究、探测手段和装置以及电压重建算法优化上取得了一定的研究成果，但目前尚未见有针对高压直流电力设备展开非接触式电压重建的理论及计算方法研究的相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于瞬态辐射电场信号的电力设备端口电压全波形重建方法及系统，以克服电力设备传统电压测量方法的测量设备体积大、动态特性差、监测灵活性低的缺陷性问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于瞬态辐射电场信号的电力设备端口电压全波形重建方法，包括以下步骤：

1)根据电磁场理论，获得有限长理想载流直导线辐射近电场在笛卡尔坐标系中的x,y,z三个坐标轴分量的解析表达式；

2)根据高压直流换流站阀厅内关键电力设备的实际三维几何尺寸及实际通流回路，将高压直流换流站阀厅内关键电力设备简化为由若干段有限长理想载流直导线所组成的辐射近电场简化模型，并针对每一段有限长理想载流直导线都建立一个本地笛卡尔坐标系；

3)在高压直流换流站阀厅内关键电力设备所在阀厅内任意空间位置布设若干个瞬态电场探测装置；

4)基于步骤2)针对关键电力设备建立的若干段有限长理想载流直导线模型，获取步骤3)中若干瞬态电场探测装置在各个本地坐标系中的坐标值；

5)将步骤4)获取的坐标值代入步骤1)中获得的解析表达式中，重新建立起以关键电力设备的辐射近电场与其端口之间的多元一次方程组，求解该方程组，获取电力设备端口电压解析解。

优选地，步骤1)中，有限长理想载流直导线为理想导体，忽略整根直导线载流过程中的波过程，其任意点的表面电势均为相等。