特高压直流输电系统送端暂态交流过电压抑制方法

本发明属于直流输电，尤其涉及到一种基于决策树预测与模糊聚类识别的特高压直流输电系统送端暂态交流过电压抑制方法。

背景技术：

1、由于我国能源资源与负荷中心呈逆向分布的特点，远距离、大容量电力外送成为新能源高水平消纳的重要保障，而基于电网换相换流器的高压直流(line commutatedconverter based high voltage direct current，lcc-hvdc)输电技术在其中发挥重要作用。然而，lcc-hvdc输电系统的换相失败问题将导致送端交流母线出现暂态过电压，严重危及电网设备安全。不仅如此，受暂态过电压限制，现有特高压直流会采取降功率运行方式来满足暂态过电压安全裕度，严重制约了直流输电能力。因此，抑制换相失败下特高压直流送端的暂态过电压具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种基于决策树预测与模糊聚类识别的特高压直流输电系统送端暂态交流过电压抑制方法，通过决策树预测暂态过程中直流电流的最小值，并结合实测直流电压最小值进行故障类别判定，同时通过模糊聚类识别不同暂态过电压阶段特征并设计分阶段触发角指令值对暂态过电压进行抑制。

2、一种基于决策树预测与模糊聚类识别的特高压直流输电系统送端暂态交流过电压抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

3、步骤1：当系统稳定运行时，在逆变侧交流母线设置故障，构建预想故障集；

4、步骤2：依据暂态过程中整流站直流电压和直流电流最小值对预想故障集进行分类；

5、步骤3：根据所述分类结果，在每一类别中选择一种故障工况，对其过电压阶段时两电气量进行模糊聚类，以划分暂态阶段；

6、步骤4：根据所述模糊聚类结果，设计整流站分阶段触发角指令值；

7、步骤5：针对所述预想故障集，采用决策树构建故障发生时刻整流侧可测量电气量与暂态过程中直流电流最小值的映射关系；

8、步骤6：当故障发生时，整流站根据本地信息判断逆变站发生换相失败；

9、步骤7：根据步骤6判断结果，整流侧检测可测量电气量并输入决策树，由决策树给出直流电流最小值的预测结果；

10、步骤8：根据所述预测结果，结合整流站实测直流电压最小值进行故障类别判定；

11、步骤9：根据所述故障类别判定结果，选择该类别下的暂态阶段识别参数及分阶段触发角指令，在过电压发生时迅速调节触发角以抑制过电压。

12、进一步的，所述的预想故障集主要考虑逆变侧交流母线的故障类型、接地电感、故障发生时刻。

13、进一步的，采用模糊聚类算法对预想故障集进行分类。

14、进一步的，所述的过电压阶段指交流母线电压有效值大于1.05pu。

15、进一步的，所述对过电压阶段时直流电压和直流电流进行模糊聚类，包括以下步骤：

16、步骤1：获取故障工况下过电压阶段整流站本地n个时刻的直流电压和直流电流信息，形成信息矩阵e，如下式所示

17、

18、式中，第i行向量ei表征第i个时刻整流侧电气量的行向量，即

19、ei＝[ei1,ei2]＝[udr,i,idr,i]

20、式中，udr,i、idr,i分别为第i个时刻整流站的直流电压和直流电流。

21、步骤2：对信息矩阵e中元素eij进行标准化处理，其公式如下：

22、

23、m矩阵中的元素如下式所示

24、

25、式中，udrmax、udrmin分别为整个暂态过程中直流电压的最大值和最小值；idrmax、idrmin分别为整个暂态过程中直流电流的最大值和最小值。

26、步骤3：初始化隶属度矩阵u，其元素uij满足如下关系：

27、

28、式中，k为聚类类别数，uij为样本点ei与聚类中心vj的隶属度。

29、步骤4：计算聚类中心v，其元素vj的计算方法见如下：

30、

31、式中，m为模糊指数(m>1)。

32、步骤5：根据下式更新隶属度矩阵u，其中dij为样本点ei与聚类中心vj的距离

33、

34、dij＝||ei-vj||

35、步骤6：根据下式计算目标函数j，并与前次的目标函数进行比较，判断是否满足迭代停止条件，若不满足则跳转至步骤4继续执行，直至满足迭代停止条件。

36、

37、进一步的，设计整流站分阶段触发角指令值，包括如下步骤：

38、步骤1：根据下式得到各阶段触发角指令的计算值；

39、

40、式中，和为该阶段的聚类中心；vn为交流母线额定电压；n1为整流站单极6脉动换流器的个数；tr为换流变压器的变比；xt为换相电抗；b为常数。

41、步骤2：对计算值乘以0.8～1.1的修正系数，得到最终的触发角指令。

42、进一步的，所述的整流侧可测量电气量包括直流电压及其变化率、直流电流、有功功率、无功功率、交流母线电压有效值及其变化率、交流母线电压的相位、触发角、功率因数、平波电抗器电压。

43、进一步的，决策树采用回归树算法，其节点纯度、纯度损失、划分条件分别如下式所示

44、

45、

46、γmax＝argmaxδp(γ,t)

47、式中，n为节点t中的样本数量；yi(t)为某个样本通过仿真得到的整流站直流电流最小值；为节点t中所有样本电流的平均值；p(tr)、p(tl)分别为划分后右子树和左子树的纯度，nr、nl分别为划分后右子树和左子树的样本数量。

48、进一步的，整流站根据本地信息判断逆变站发生换相失败，判断思路为：通过检测整流侧交流母线零序电压以及基于abc-αβ坐标变换排除送端交流故障的干扰；通过检测整流侧交流母线电压有效值排除直流闭锁的干扰；通过检测整流站双极电气量排除直流线路故障的干扰。

49、进一步的，决策树给出直流电流最小值预测结果后，结合整流站实测直流电压最小值进行故障类别判定，判定方法为：分别计算两电气量最小值向量与步骤2中分类得到的各聚类中心向量之间的欧式距离，最小者即为判断得到的类别。

50、进一步的，在步骤9所述的过电压发生时迅速调节触发角指过电压大于1.1pu时投入该控制，当过电压下降至1.05pu时切除该控制。

51、本发明的有益效果：

52、本发明提出了一种基于决策树预测与模糊聚类识别的特高压直流输电系统送端暂态交流过电压抑制方法，与现有的过电压抑制方法相比，本发明充分考虑了逆变侧不同交流故障导致换相失败发生对整流站直流电压和直流电流变化特征的影响，采用决策树预测和模糊聚类识别方法可以有效识别故障的划分类别与过电压的不同阶段，而分阶段触发角调节方法可以快速抑制过电压，且在多种工况下均具有一定的过电压抑制效果，整体上随着过电压程度的增加过电压抑制效果越好。