一、研究背景及意义

交流滤波器是换流站的核心设备之一，主要作用为提供无功功率和滤除谐波，伴随着新能源期货的每日交易，直流功率需进行频繁调节，交流滤波器断路器频繁投切，其分合频率远远高于常规交流线路断路器，目前已发生多起由于断路器故障导致交流滤波器跳闸及功率回降事故。2017年5月27日，特高压灵州换流变电站7632断路器C相故障，最终导致直流功率由400万降至170万。国网公司总部要求：“换流站在日常运行过程中加强滤波器断路器分合闸波形跟踪分析，一旦发现异常情况立即申请停电，并对断路器进行解体分析”。研究发现，通过检查分析交流滤波器及断路器分合闸录波可以提前发现设备故障。但通常检查分析录波须运维人员到现场故障录波屏柜上手动查看，存在时效性差、判断不准确、数据收集难等突出问题。针对以上问题，急需研发一套基于大数据分析的换流站交流滤波器断路器在线诊断分析系统。

二、成果主要方法和原理

项目成果提出了一种根据交流滤波器断路器的分合闸电流来在线识别交流滤波器健康状态的方法；开发了一套换流站交流滤波器断路器在线诊断分析系统；利用WinSCP 实现录波文件的实时同步，并利用RBF 人工神经网络算法从交流滤波器分合闸波形中提取最大最小电流值、分合闸时间、三相匹配度、谐波最大值、谐波含量、谐波畸变率等7 种物理特征值作为输入量，并收集大量分合闸波形建立训练数据库，利用收网算法对神经网络可调参数进行辨识训练，最终利用训练好的神经网络模型对实时录波文件进行诊断分析。特征值数据库可在后续的使用过程中进行更新，神经网络参数也可在特征值数据库更新后进行再次辨识，以提高判断准确率；同时使用专家诊断法对交流滤波器分合闸波形中提取母线电压毛刺变比及断路器非同期时间、不平衡电流越限时间、合闸电阻作用时间、分合闸尖峰电流、首尾端电流等多项参数进行判别，根据滤波器保护调度定值、直流五通、断路器使用说明为依据，将关键性波形特征值阈值范围输入参数配置中，每次分合时就会对波形进行自动分析，并结合大数据的神经网络算法结果进行输出告警，上报后台，同时每个关键性参数都会形成历史曲线，方便运维人员进行数据的统计和分析。

图1 系统总体思路框架图

基于大数据分析的换流站交流滤波器断路器在线诊断分析系统是一套集数据采集、录波分析、告警反馈的综合信息处理反馈系统。系统以数据驱动分析预警作为核心技术路线，采取基于大数据的神经网络分析算法和专家诊断的智能应用技术，共同保障交流滤波器断路器相关设备的正常运行。

三、项目创新点

1、创新构建“1+2”算法体系，实现设备状态精准研判

“1”即大数据分析技术，“2”即RBF人工神经网络算法与专家诊断法两种算法。大数据分析技术是基础，可以从数据经验上将误差最小化；RBF人工神经网络与专家诊断方法是保障，可以确保系统采集到的数据及运算结果是准确的，与数据库样本无偏的，进而实现对设备状态的精准研判。

2、创新研发在线诊断分析系统，实现设备异常提前感知

开发了一套换流站交流滤波器断路器在线诊断分析系统,在现有控制保护装置未能检测出设备异常的情况下，可检测到设备存在的故障，并发出告警信号，防患于未然。

3、创新建立“三位一体”故障录波联网工作站，实现设备诊断1人就好

建立了集数据采集、录波分析、告警反馈为一体的故障录波联网工作站，将全站故障录波和在线诊断分析软件集中至工作站中，实现稳态故障录波的实时监视和触发录波的即时诊断分析。

四、项目成效及应用前景

（一）经济效益

诊断分析系统投入使用以来发现2次故障，减少直接经济损失600万元，增加了送端新能源机组出力；使用过程中节约时间成本0.3h/次，减少数据分析工作强度0.2人/天。同时在线诊断分析系统优化了交流滤波器管理模式，提高了录波分析准确性；填补了国内人工神经网络在电力设备诊断分析领域的空白；建立的波形数据库，为大数据分析术在换流站的研发应用打下基础。

图2：单次跳闸造成经济损失

（二）社会效益

基于大数据分析的换流站交流滤波器断路器在线诊断分析系统具有较强的通用性和灵活性，模型参数稍加改动即可推广至其他换流站中进行应用。换流站的典型故障波形，可以通过学习功能加入数据库中，提升故障分析准确性；同类型换流站可进行模型数据库的直接迁移，实现大数据共享和使用。

（三）成果效果图及简要说明

本项目已在灵州换流站发现两次断路器合闸电阻失效情况（见下图3、图4检测结果和图5解体结果），成功避免了两次交流滤波器跳闸事件发生，在提升直流输电可靠性方面发挥了重要作用，对提升直流系统运维管理指标和减轻运维人员工作压力也有积极的促进作用，具有十分重要的推广意义。

图3：2018年2月12日波形检测结果

图4：2018年12月31日波形检测结果

图5：断路器解体结果

五、可推广应用范围

本项目成果对目前采用LCC换流阀技术的常规直流换流站、特高压换流站，因新能源期货交易或其他原因造成的功率调节频繁，交流滤波器断路器寿命缩短或多发故障有重大意义。项目成果在控制保护设备发出告警前，检测到交流滤波器断路器内部故障，实现设备运行状态监测的人工智能预警，从而将事故控制在萌芽中，避免设备跳闸导致事故发生，保证直流输电系统稳定运行。