本發(fā)明屬于柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2001年，德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的Rainer Marquardt提出了模塊化多電平換流器（multilevel modular converter，MMC）的概念。2010年11月，世界上第一個(gè)基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電（MMC-HVDC）工程-Trans Bay Cable 工程在美國(guó)舊金山市投入運(yùn)行。實(shí)際工程和理論研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MMC-HVDC系統(tǒng)的交流側(cè)或直流側(cè)輸電線路發(fā)生暫態(tài)擾動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)MMC整流站上下橋臂產(chǎn)生過(guò)流、過(guò)壓的影響，并直接影響MMC內(nèi)閥組壽命及運(yùn)行狀態(tài)。如果提出一種評(píng)判方法，通過(guò)對(duì)MMC換流站中各電氣信息變化的分析，準(zhǔn)確反映MMC換流站受不同暫態(tài)擾動(dòng)的影響嚴(yán)重程度，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC運(yùn)行狀態(tài)的健康評(píng)判，必將推動(dòng)MMC運(yùn)行特性分析及交直流混聯(lián)系統(tǒng)能量傳遞過(guò)程的研究進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過(guò)對(duì)MMC換流站中各電氣信息變化的分析，準(zhǔn)確反映MMC換流站受交流線路故障或擾動(dòng)的影響嚴(yán)重程度，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC運(yùn)行狀態(tài)健康評(píng)判的MMC-HVDC暫態(tài)擾動(dòng)交互影響狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法。

本發(fā)明的步驟是：

①采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理：

將交流輸電線路發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)MMC整流站內(nèi)的橋臂電流的峰值與未發(fā)生故障時(shí)MMC整流站內(nèi)對(duì)應(yīng)橋臂電流的峰值之比作為一個(gè)指標(biāo)，由此得到六個(gè)指標(biāo)a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆，

表1

設(shè)共有n種暫態(tài)擾動(dòng)參與評(píng)估，評(píng)估指標(biāo)數(shù)量為m個(gè)，x_ij為第j個(gè)暫態(tài)擾動(dòng)指標(biāo)i的參數(shù)，根據(jù)如下原則進(jìn)行指標(biāo)參數(shù)歸一化：

對(duì)于越大越好的指標(biāo)i對(duì)應(yīng)參數(shù)按照式（1）進(jìn)行歸一化：

（1）

對(duì)于越小越好的指標(biāo)i對(duì)應(yīng)參數(shù)按照式（2）進(jìn)行歸一化：

（2）

繼而組成規(guī)范指標(biāo)矩陣，其中相量；

②確定各指標(biāo)的Tsallis熵權(quán)：

利用式（3）對(duì)規(guī)范指標(biāo)矩陣進(jìn)行計(jì)算；

（3）

式中表示第j個(gè)指標(biāo)的Tsallis熵權(quán)，；

③對(duì)Tsallis熵權(quán)進(jìn)行歸一化：

根據(jù)式（4）確定綜合權(quán)重：

（4）

式中，

；

④確定關(guān)聯(lián)度矩陣：

令為理想樣本，與的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

（5）

式中，，

，

；為分辨系數(shù)，取值為0.5；

⑤加權(quán)關(guān)聯(lián)度求解：

（6）

式中；

⑥根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小將進(jìn)行排序，關(guān)聯(lián)度越大說(shuō)明與理想樣本越接近。

本發(fā)明公式（3）中的的取值：

表3

。

本發(fā)明提出的評(píng)判方法將灰色關(guān)聯(lián)分析和Tsallis熵統(tǒng)計(jì)理論的有機(jī)融合，并整合MMC換流站中繁雜的信息，將多組數(shù)據(jù)信息有機(jī)的融合統(tǒng)計(jì)，并能準(zhǔn)確反映MMC換流站受交流線路故障或擾動(dòng)的影響嚴(yán)重程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC運(yùn)行狀態(tài)的健康評(píng)判。本發(fā)明不但為深入分析MMC換流站運(yùn)行特性提供了理論依據(jù)，也為交直流混聯(lián)系統(tǒng)暫態(tài)能量傳遞過(guò)程的研究提供了技術(shù)支持。

附圖說(shuō)明

圖1是MMC的等效電路。

具體實(shí)施方式

MMC由三相六個(gè)橋壁組成，每個(gè)橋壁由若干個(gè)相互連接且結(jié)構(gòu)相同的子模塊（sub-module, SM）與一個(gè)電抗器、一個(gè)等效阻抗串聯(lián)構(gòu)成，上、下兩個(gè)橋壁構(gòu)成一個(gè)相單元，如圖1所示。和分別為閥側(cè)電壓、電流，為直流電壓，、分別為正、負(fù)直流母線電流，其平均值為。橋壁電壓可以用6個(gè)受控電壓源、來(lái)等效，下標(biāo)p、n分別為上橋壁和下橋臂，相應(yīng)的橋臂電流分別為和。工程實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)交流輸電線路發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)，MMC整流站內(nèi)各相上下橋臂的能量分布是存在差異的。但由于各相的電氣信號(hào)暫態(tài)突變成分復(fù)雜，檢測(cè)值存在不確定性及模糊性等特征，傳統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)判方法無(wú)法滿足評(píng)判精度要求?；诖?，本專利提出了一種基于Tsallis熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的MMC-HVDC暫態(tài)擾動(dòng)交互影響狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法，為分析MMC運(yùn)行特性及交直流混聯(lián)系統(tǒng)能量傳遞過(guò)程提供理論依據(jù)。所以，利用換流站橋臂電流信號(hào)對(duì)MMC運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)判過(guò)程如下所示（如表2所示）：

表2

。

本發(fā)明的步驟是：

①采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理：

將交流輸電線路發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)MMC整流站內(nèi)的橋臂電流的峰值與未發(fā)生故障時(shí)MMC整流站內(nèi)對(duì)應(yīng)橋臂電流的峰值之比作為一個(gè)指標(biāo)，由此得到六個(gè)指標(biāo)a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆，

表1

設(shè)共有n種暫態(tài)擾動(dòng)參與評(píng)估，評(píng)估指標(biāo)數(shù)量為m個(gè)，x_ij為第j個(gè)暫態(tài)擾動(dòng)指標(biāo)i的參數(shù)，根據(jù)如下原則進(jìn)行指標(biāo)參數(shù)歸一化：

對(duì)于越大越好的指標(biāo)i對(duì)應(yīng)參數(shù)按照式（1）進(jìn)行歸一化：

（1）

對(duì)于越小越好的指標(biāo)i對(duì)應(yīng)參數(shù)按照式（2）進(jìn)行歸一化：

（2）

繼而組成規(guī)范指標(biāo)矩陣，其中相量；

②確定各指標(biāo)的Tsallis熵權(quán)：

利用式（3）對(duì)規(guī)范指標(biāo)矩陣進(jìn)行計(jì)算；

（3）

式中表示第j個(gè)指標(biāo)的Tsallis熵權(quán)，；

③對(duì)Tsallis熵權(quán)進(jìn)行歸一化：

根據(jù)式（4）確定綜合權(quán)重：

（4）

式中，

；

④確定關(guān)聯(lián)度矩陣：

令為理想樣本，與的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

（5）

式中，，

，

；為分辨系數(shù)，取值為0.5；

⑤加權(quán)關(guān)聯(lián)度求解：

（6）

式中；

⑥根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小將進(jìn)行排序，關(guān)聯(lián)度越大說(shuō)明與理想樣本越接近。

本發(fā)明公式（3）中的的取值：

表3

。

以下對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

灰色關(guān)聯(lián)分析是建立在充分的利用客觀數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得到各個(gè)方案與最優(yōu)理想方案的接近度，從而進(jìn)行決策?；疑P(guān)聯(lián)分析法能夠處理信息不完全明確的灰色系統(tǒng)，對(duì)于小樣本無(wú)規(guī)律指標(biāo)的評(píng)價(jià)問(wèn)題決策準(zhǔn)確性較高。基于灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)問(wèn)題決策準(zhǔn)確性較高等特點(diǎn)，結(jié)合Tsallis熵靈活的統(tǒng)計(jì)特性，本發(fā)明將Tsallis熵和灰色關(guān)聯(lián)分析法結(jié)合，構(gòu)建了一種基于Tsallis熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的MMC-HVDC暫態(tài)擾動(dòng)交互影響狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法，并將其應(yīng)用于MMC換流站運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)判。

以MMC-HVDC系統(tǒng)交流輸電線路A相接地短路、AB相接地短路、AB相不接地短路、ABC短路、A相雷擊、直流母線單極接地、直流母線兩極短接、直流母線雷擊為例，AB相接地短路為例，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。采集數(shù)據(jù)的時(shí)間為2s，故障發(fā)生在第1s，持續(xù)時(shí)間為0.02s。

步驟一：采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理

將交流輸電線路發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)MMC整流站內(nèi)的橋臂電流的峰值與未發(fā)生故障時(shí)MMC整流站內(nèi)對(duì)應(yīng)橋臂電流的峰值之比作為一個(gè)指標(biāo)，由此可得到六個(gè)指標(biāo)，其各暫態(tài)故障指標(biāo)數(shù)據(jù)如表2所示。

利用式（2）對(duì)各暫態(tài)故障（包括無(wú)故障）指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，繼而組成規(guī)范指標(biāo)矩陣，其中相量；。

步驟二：確定各指標(biāo)的Tsallis熵權(quán)

利用式（3）對(duì)規(guī)范指標(biāo)矩陣進(jìn)行計(jì)算，（與n的關(guān)系如表3所示）。

步驟三：對(duì)Tsallis熵權(quán)進(jìn)行歸一化

根據(jù)式（4）確定綜合權(quán)重：式（4）中，。

步驟四：確定關(guān)聯(lián)度矩陣

令為理想方案，，根據(jù)式（5）確定關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，如下所示：

。

步驟五：加權(quán)關(guān)聯(lián)度求解

（6）

式中

。

步驟六：根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小將進(jìn)行排序

根據(jù)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，A相雷擊的關(guān)聯(lián)度最大，直流母線單極接地、A相接地短路、直流母線雷擊、AB相不接地短路、AB相接地短路、ABC短路的關(guān)聯(lián)度其次，直流母線兩極短接的關(guān)聯(lián)度最小。所以直流母線兩極短接對(duì)MMC的運(yùn)行狀態(tài)影響最嚴(yán)重，ABC短路、AB相接地短路、AB相不接地短路、直流母線雷擊、A相接地短路、直流母線單極接地對(duì)MMC的運(yùn)行狀態(tài)影響其次，A相雷擊對(duì)MMC的運(yùn)行狀態(tài)影響最小。