TELKOM NIKA , Vol.12, No .4, Dece mbe r  2014, pp. 75 3~7 6 2   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v12i4.300    753      Re cei v ed Au gust 27, 20 14 ; Revi sed O c t ober 1 2 , 201 4; Acce pted  Octob e r 25, 2 014   Spectrum Comparative Study of Commutation Failure  and Short-Circ u it Fault in UHVDC Transmission System       Chen Shi-lo ng, Rong Ju n-xiang, Bi  Gui-hon g, Li Xing- w a ng,  Cao Rui-rui   Schoo l of Elect r ic Po w e r En gi neer ing, Ku nmi ng Un iver sit y  o f  Science an T e chnolog y, K unmi ng 65 05 0 0 Yunn an Prov in ce, Chin a, T e l.138 88 639 30 5    E-mail: chens hilo ng 3@1 26.c o m       A b st r a ct   When co mmut ation fa ilur e  oc curs in UH VD C trans missi on  system, the transi ent proc es s of DC   voltag and  cu rrent ar e s i mil a r to gr ou ndi ng   short-circuit   fault. In  order to  differentia te them effectively,  the  pap er introd uc es math e m atic al morp hol ogy  meth ods to  an alysis the sp ec trum of transi e nt current. Base on   Yunn an-Gu ang z h o u   80 0 kV UHV DC trans m i ss ion system , the paper  sim u lat e s the commutation failur e   and  DC li ne s h ort-circuit fault  und er differe nt fault co n d itio ns  in PSCAD/EM T DC.  By mo di fied  mor pho lo g y   filter, the transi ent sign al of D C  ( d I ) is deco m p o sed i n to six s c ales, an mor pho log i cal c har acteristics of   aeri a l mode   co mp on ent of  d I  is an aly z e d   und er differ ent sc a l es. T h e  si mu l a tion  resu lts s how  that w h e n   DC l i ne  sh ort-circuit fa ults occ u rs, w herever  i n  the  rect ifier  s i de, i n  th e D C  t r ans missi on  li n e   mid p o i nt or  i n   the inverter si de, the  aeri a mo de co mpon ent of  d I  have mor e  hi gh fre que ncy w e ight  in  1 d ~ 5 d  and   decays  grad ua lly; When co mmutati on fa ilur e s, w h ich are  cause d  by the  inverter si de  AC system si n g le- phas e gro und i ng fault, ph ase  to phase fa ult ,  three phas grou ndi ng fau l t or the inverter  side transfor m er   ratio incr ease d ,   the aerial  mo de co mp on ent of  d I  have less frequ ency w e ig h t  in 6 d   Ke y w ords : UHVDC, commutation failur e, DC  line sh ort circu i t fault, PSCAD/EMT DC, morp hol ogy       1. Introduc tion  Comm utation  failure is on e of the highes t pro babl e  failures in  UHV DC tran smissio n   sy st em   [1].When  comm uta t ion failure  occurs, it w ill  ca use  DC voltage sharply de clinin g and  DC  curre n t sud d enly increa si ng whi c will serio u sly  affect the po we r quality of DC tra n smission   system  [2] an d may  ca use  the in co rre ct  operation   of  relay p r ote c tio n  eq uipme n ts in A C   syste m   [3],[4]. Grounding  short-circuit faul t in  DC transmi s si on sy stem has si milar  DC  voltage and  DC   curre n t tra n sient characte ristics comp are  with  co mmutation f a ilure.  The r e f ore, it i s  g r eat  signifi can c e t o  the safe an d stable o peration  of UHV DC transmission system [5 ] to distinguish   comm utation  failure an d DC line short - ci rcuit fault is o f  great import ance.   At prese n t, the traditio nal  discrimin a tin g  method s o f  commutatio n  failure in cl ude the  minimum vo ltage dro p  method, the  minimum  arc  angle  criterio n meth od, etc   [6]-[ 8 ] .   Non e thele s s, these meth o d s ta ke  many   factors  i n to accou n and  can’t disting u i s h com m utati o n   failure from DC line sh ort circuit   [9]. By u s ing MATLA B /Simulink, referen c e [10]  emulates 50 0kV   HVDC tran smissi on  syste m  and de co mposes th e DC  cu rre nt into six scale s  by wavelet m u lti- scale  analy s i s . Th e exp e riment results point  that t he  DC  curre n t ha s m o re  high  fre que ncy  division s in DC line short ci rcuit fault and  more lo w fre quen cy divisi ons in  comm utation failure In re cent ye ars,  mathem atical m o rp h o logy ha be en wi dely ap plied in  po wer q uality  detectio n , sin gular poi nt d e tection,  harmonic an al ysis of tran sient  sign al, fault  diagn osti c, re lay  prote c tion a n d  fault locati on, etc   [11].  Whe n  processing m u lti-scale  of sig nal s, mathem atical  morp holo g decompo se s sig nal s in  time do main,  whi c ca n m a ke  up  for d e ficien cie s  th at  Fouri e r tran sform  can’t full y describ e time vari a n t n on statio nary  sign al [12],[13] and  avoi d the  pha se  shift a nd am plitude  attenuatio probl em  [1 4]-[16].  This  pa per sim u late s comm utation   failure  and   DC line  sh o r t ci rcuit faul t unde diffe rent fault  co ndition s ba sed o n  Yun n an- Guan gdo ng  80 0 k V  UHV DC t r a n smi ssi on  system in  PS CAD/EMT D C the elect r o m agneti c   simulatio n  software. Th e  aerial mo d e  com pone nt of the DC  curre n t tran sient sign al  d I is  decompo se d  into  six scale s   of di vision with  the mo dified mo rp holo g ical  filter.  The  morp holo g ica l  characte risti cs u nde r different  freq uen cies of the aerial mode com pone nt of  d I in  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 12, No. 4, Dece mb er 201 4:  753  – 762   754 the two  ki n d of faults are  stu d ied ,  whi c will  give the t heory to  di stinguish bet wee n   comm utation  failure an d DC line short ci rcuit fault.        2. Mathema t i cal Morphol og y  Basic T h eor y   2.1. The Basi c Opera t ions  of Math ema t ical Morpho log y   Erosi on an d  dilation are  the two ba sic m o rp holo g ical o p e r ations in m a th ematical   morp holo g y Corro s io n an d expan sion.  The ope rations a r e eq ui valent to filte r  minimum a nd  maximum va lue withi n   structu r in g ele m ent of o n e  dime nsi o n a l discrete  sign al. In o ne- dimen s ion a l signal s, ero s io n is u s ed to suppress  the p o sitive pul se  sign al and  ke ep the ne gative   pulse signal. In  co ntra st dilation i s  u s ed to  su ppre s s the  negati v e pul se  sign al an d keep  the   positive pul se  si gnal. Let   f (n)  a s  o n e - dim ensi onal  sam p ling  sig nal,  g (n) as one   dime nsio nal  stru cturi ng el ement,  D f is the  definition do main of  f (n )  and  g D is the d e finition domai n of  g (n) The sig nal o f  the erosion  and the dilation com put ing formula  with stru ctu r al element s are  respe c tively shown in form ula (1 ) and fo rmula (2).     ( f g ) (n) m in [f (n m) g( m)]                                                                                                     (1)    (f g ) ( n ) m a x [ f ( n m ) g ( m ) ]                                                                                                     (2)    Whe r e,  f nm D  an g mD It can  cre a te  a variety of  ope ration s t o  co mbin e corrosi on a n d  dilation. Th e  openi ng  operation i s  t hat first to  co mpute e r o s io n an d the n   to  dilation,  as shown in  form ula (3). A s   well   as, the clo s in g operation is that  first to compute dilati on and then t o  ero s ion, a s  sho w n in formula  (4).     ( f g ) ( n ) ( (f g) g)( n )                                                                                                              (3)    ( f g ) (n ) ( (f g ) g ) (n )                                                                                                                        (4)      2.2. The Selection of Str u ctural Eleme n The shap e a nd len g th of  stru cturi ng el ement  have  great affe ct o n  the re sult of sign al  pro c e ssi ng [1 7]. Neverthel ess, Similar to wavelet  an alysis sele cting basi s  fun c tion, there is no  spe c ial  pri n ci ple that  ca be o beyed t o  when  se l e ction pro p e r  sha pe  fo r structuri ng ele m ent  whi c h is. Th a t  is what kin d  of structu r element is  suitable for p r oce s sing the  sign al, it needs to   test and prov e again an d again [18]. Linear, flat st ru cturin g eleme n ts, squ a re, round, se mici rcle,   etc are often  used to pro c e ss the p o wer syste m   el ectri c al si gna ls. And the more  compl e x the   sha pe i s , the  greate r  th e a m ount of  co m putation  w ill b e . The l ength  of the  stru ct uring  elem ent  is  importa nt in  determi ning  the filteri ng  ch ara c teri st ics.  In gen eral, th e sho r t st ru cturing  ele m ent  i s   use d  to capt ure hi gh freq uen cy and th e morphol ogi ca l filter i s  u s ed to filter ou t high freq ue ncy  noise  an d sm ooth signal. L ong stru ctu r in elem ent  ha s g ood l o w-p a ss p e rfo r ma nce,  but it takes  longe r time. Therefore, in  determinin g  the s hape  and length o f  structu r ing  element, sig nal  feature, targ e t  and comp utational compl e xity should a ll be taken int o  accou n t.      2.3. Multi-Sc ale Morphol ogical Opera t ions   Multi-scal e m o rph o logi cal   operation i s   a ro ugh  to  fin e  sig nal  hierarchical p r o c ess to d o   several e r o s i on o r  dilatio n  ope ration s o n  sig nal u s in g structu r elements of dif f erent  size. F o sign al  f (n)  and t he  stru ctural  element g (n) , if  F  is the  mo rph o logi cal tran sform, the m u l t i-scale   morp holo g ica l  operatio n { 0 i F| i } based on F can be defin ed  as in formul a  (5).       i F (f ) i F ( f / i )                                                                                                                             (5)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Spectrum  Com parative Study of Com m utati on Failure and Short-Circuit .... (Chen Shi-long)  755 By the sam e  token, th multi-scal e o penin g  an d closin g op erati ons  are a s  shown in   formula (6) a nd formul a (7 ).     (f i g )(n ) ((f i g ) i g)(n)                                                                                                                (6)    (f i g )( n ) ( ( f i g) i g ) ( n)                                                                                                              (7)      2.4. The Con s truc tion of  A Morpholo g ical Filter  Signal de co mpositio n is  actually a p r oce s of mu lti filtering on origi nal si gnal. Th e   openi ng a n d  the cl osi ng  operation  of morp holo g have lo w-pa ss characte ri stic  and  ca n  be   ca scade d to  comp ose op e n -cl o si ng filte r  an d cl ose-o penin g  filter.  Becau s e  the  output am plitude  of open -cl o si ng filter is l a rger a nd the  o u tput amplitu de of cl ose-o penin g  filter i s  smalle r, averag e   combi nation  of two kind s o f  filter is usual ly adopted a s  sho w n in [19 ]  and formula  (8).     2 i h [ (f g g ) ( n ) (f g g ) ( n)] /                                                                                                    (8)    In the filtering  pro c ess, stru cturin g elem e n ts  are like filter win d o w s.  Only whe n  the sha pe  of stru ctural  element s is  match  with the sh ape of   sign al, will the origin al si g nal be retain ed or  extracted. An d whe n  the type of st ru ctu r al element i s  the sam e  an d the si ze differs, the filteri n g   effec t  is  not the s a me.  In this pa per,  the wave  sh a pe of ele c tri c   sign al is to o complex to be   analyzed u s in g filter  sho w n  in fo rmula  (8). So,  co nsi deri ng  the ele c tri c al  sig nal  cha r a c teri stic, the   pape r u s e s  t he  improve d  filter sho w n in fo rmula (9 ) inste ad.      11 2 3 24 5 6 7 12 17 y 2 12 ii i i ii i i i ii i i yf g g g g f gg g g hy y / i, , , N Gg , g , , g                                                                                                          (9)    Whe r e,  1 y is the  re sult of  ope n-cl osi ng  ope ration;  2 y  is th e  re sult of  clo s e-op enin g  o p eration;  i G is assem b le o f  structu r al el ement of i-th scale.       2.5. Multi-Sc ale Morphol ogical Dec o mposition Al gorithm   If  i d( n ) is th e de compo s ition  shape  of the i - th  scal e si g nal, multi-sca l e morphol og ical  algorith m s a r e as sho w n in  formula (1 0)  and form ula (11).     11 11 1 12 ii i NN (n) (n) ( df ( n ) h dh h dh i n) N                                                                                                                             (10)    1 N i i f ( n) d ( n)                                                                                                                            (11)      3. Spectrum  Analy s is of The Fault  Ba sed  on  The Multi-Scale Morphology   Decomp ositi on  3.1. UHVDC  Simulation Model   This p ape use s  PSCA D /EMTDC to  cre a te a simulation mo del ba sed  Yunnan - Guan gdo ng  80 0 k V UHV DC tran smissio n  sy stem as  sho w n   in Figure 1.  Its nominal v o ltage is  800  kV. Nomi nal  curre n t is 3.125 kA. Tot a l in stall ed  capa city is  50 00MW an d th e total le ngth  of  transmissio n line is 14 18 km.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 12, No. 4, Dece mb er 201 4:  753  – 762   756     Figure 1.  80 0 k V  sim u lation mod e l  of Yunnan-G uang dong  UHVDC syste m       Simulate DC line sh ort ci rcuit fault and commutation f a ilure b a sed  on the syste m  sho w in Figure 1.  The foll owing failures are  mainly  con s i dere d Dire ct  groun ding  short  circuit  fa ult  happ ening i n  the positive transmi ssion li nes  with faul t point located  in the re ctifier side, midp oi nt,  the inverte r  side resp ectiv e ly; Commut a tion failure f ault is  cau s e d  by sin g le -p hase g r oun di ng  fault with fault switchi ng a ngle of 270 ° in the in verter side AC  syst em; Comm utation failure f ault   is ca used by pha se to pha se shortin g  fault with f ault  swit chin g ang le of 270° in the inverte r  si de   AC syste m ; Comm utation  failure fault i s  cau s ed by  three p h a s grou ndin g  fa ult in the inverter  side  AC  sy ste m ; Com m utat ion failu re i s   caused  by t he  large r  tran sfo r mation  ratio   of inverte r   sid e   conve r ter tra n sformer.   In this arti cle,  the  sel e cte d  el ec tr ic  pa r a me te r  is DC   c u rr en t d I (p.u.)o f  the inve rter  side.  d I is de com p o s ed by mode  decompo sitio n . The ae rial  mode  comp o nent of  d I  is th e analyzed  data. The sa mpling fre que ncy is 20 0KHz.The  samp li ng time lengt h is 100m s (5  periodi c waves).       3.2. Morphol ogical Dec o mposition Steps   The a e rial   mode  com p o nent of  DC  curre n t und e r  all  kind o f  fault con d itions i s   decompo se by morp holog ical d e compo s ition. Power  system of el e c tri c  sig nal h a s  a lot of noi se  whi c h has a great deal of uncertainty.   T he amplitude  of flat structu r i ng element is 0. Its structure  is sim p le an d  will not modi fy the amplitude of orig i nal  signal. It is  more a c cu rat e ly to extract the   morp holo g ica l  ch aracte risti c s of  sign al  comp ared wit h   the structu r e of  no n-ze ro  ele m ent   [20].  So, ch oo sing  flat st ru cturi ng el eme n ts  on  sign al  pr oc es s is a g ood  me tho d  to  g e t  id ea l filte r in effect. Choo se flat  stru cturing el ement   1 g [0 0  0] a s  the  unit  of st ru cturing  ele m ent . Cal c ulat e   stru cturi ng el ement a s sem b les  of vario u s  scal es a c cordin g to fo rmula  (1 ) k 1 Rr  [21]. The  step s of  scales mo rph o logical de co m positio of th e ae rial  mod e  compo nent  of DC  cu rre n sign al  d I  unde r different fault con d ition s  are as follo ws.   (1)     De comp ose  inverter side DC cu rre nt  d I  (p.u.) ba sed o n  morp holo g i c al de com p o s ition. And   extract the ae rial mod e  co mpone nt of  d I Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Spectrum  Com parative Study of Com m utati on Failure and Short-Circuit .... (Chen Shi-long)  757 (2)     Cal c ulate  stru cture el eme n t assemble u n der different scale s .   (3)     Acco rdi ng to   formula  (10),  cal c ulate  filtering  output   i h  of the a e rial  m ode  co mpon e n t of  DC  cur r e n t  sign al   d I  under different scale s (4)    Acco rdi ng to  step (2 ), calc ul ate filtering output u nder  scale  i = 1 ,2,3, ...,5.  The detail  comp one nt u nder different  scale   1 d ~ 5 d  an the ap proxim ation  6 d  of the  sixth scal ca n b e   cal c ulate d  according to formula (1 0).       3.3. Multi-Sc ale Morphol ogical Dec o mposition Spectr u m Ana l y s is Form  DC lin e sho r t circuit fault h appe ns o n  transmi ssion li ne at 300 km,  700 km, 120 0 km at   0.3s an d last s for 100 ms. T he morphol ogical decom positio ns of the aeri a l mo de com pon e n t of    d I  unde r differe nt scale s  are  sho w n in  Fi gure  2(a) ,(b), ( c). Three p h a se  gro undi n g  fault in the   inverter  sid e  AC  syste m  hap pen s at 0.3s  a nd la sts fo r 100m s. Th e morphol og ical  decompo sitio n of the a e ri al mod e   com pone nt of  d I  un der  differe nt  scale s  a r sh own  in 3 ( a ) The pha se to  phase  sho r ting fault with fault sw itchi n g angle of 27 0 ° happe ns  on the inverter  side A C  syst em and la sts for 100m s.T he morphol o g ical d e comp osition s  of th e aeri a l mod e   comp one nt of   d I  und er  different scale s   are shown in  3( b). Th e si ngle  pha se  gro u n d ing fault  with   swit chin g an gle of 270 °  happ en s on  the invert er  side A C  syst em and la sts for 100m s.T h e   morp holo g ica l  deco m po sitions of the a e r ial mod e  co mpone nt of  d I  unde r differe nt scal e are   sho w n in 3 ( c). Increa se the  transfo rmatio n ratio of  the inverter  side t r an sform e r to  3.5 that leads  to the com m u t ation failure.  The mo rph o l ogical de com positio ns  of the ae rial mo d e  com pon ent  of  d I  under diffe re nt scal e s a r sho w n in Fig u re 3 ( d).     0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 0 1 2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 0 1 2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.2 0 0.2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.2 0 0.2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.2 0 0.2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.2 0 0.2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 -1 0 1 Dat a N umb er          0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 0 1 2 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 0 1 2 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 -0.5 0 0.5 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 -0.5 0 0.5 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 -0.5 0 0.5 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 -0.5 0 0.5 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 -1 0 1 Dat a Numbe r   (a)  DC lin e dire ct  groun ding  sh ort                  (b) DC line dire ct groundi ng short          circuit fault at 300km                     circuit fault at 700km     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 12, No. 4, Dece mb er 201 4:  753  – 762   758 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 0 1 2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 0 1 2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.5 0 0.5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.5 0 0.5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.5 0 0.5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 - 0.5 0 0.5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 1 0 4 -1 0 1 Dat a N umb er   (c)  DC lin e dire ct  groun ding  sh ort circuit faul t at 1200km     Figure 2.   Multi-scale m o rp h o logy de com positio n for the aerial m ode  compo nent o f   d I  of DC  line sh ort ci rcuit faults    0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 0 3 0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 0 3 0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 -0. 05 0 0. 05 0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 -0. 05 0 0. 05 0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 -0. 05 0 0. 05 0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 -0. 05 0 0. 05 0 0. 5 1 1.5 2 x 1 0 4 -0 .2 0 0. 2 Dat a N um ber        0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 0 3 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 0 3 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.2 0 0. 2 Da ta N umbe r   (a)  Thre e pha se  grou ndin g  fau l t in the                (b) Phase to pha se  shorting fault i n                   inverter s i de AC s y s t em             the inverter s i de AC  s y s t em  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Spectrum  Com parative Study of Com m utati on Failure and Short-Circuit .... (Chen Shi-long)  759 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 0 3 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 0 3 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 - 0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 - 0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 - 0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 - 0.05 0 0.05 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.2 0 0.2 Data N umber          0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 0 1 2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 0 1 2 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.0 5 0 0.0 5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.0 5 0 0.0 5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.0 5 0 0.0 5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0.0 5 0 0.0 5 0 0. 5 1 1. 5 2 x 10 4 -0. 2 0 0. 2 Data  Num ber   (c)  Single-pha se  grou ndin g  fau l t in the              (d) Inverter  s i de  c o n v er te r  tr an s f or me                inverter s i de AC s y s t em         ratio of 3.5    Figure 3. Multi-scale m o rp h o logy de com pos itio n for the aerial m ode  compo nent o f   d I  of  comm utation failure       As i s   sho w n  in Fi gure 2  and  Figu re  3, un de r di fferent fault  con d ition s , the hi g h   freque ncy  co mpone nt on  the  same  sca l e of the  aeri a l mod e   com pone nt of  d I  in the DC li ne  sho r t circuit f ault and the  comm utation  failure  h a s dif f erent chan gi ng tren ds.  When the  DC li ne   sho r t circuit f ault occu rs in  different po sition,  the high  freque ncy compon ent of the aeri a l mo de   comp one nt of  d I  durin g the fault duration  is rich, an grad ually de crea se s. Furth e rmo r e, the   more th e DC line short  circuit cl ose to  the inve rte r , the greate r  th e ch ang e fre quen cy of hi gh  freque ncy compon ent, and the bigg er the ampli t ude increa ses. In Figure 3, when  the   comm utation  failure o c curs cau s ed by  different  fault  con d itions, t he chang e chara c te risti c s of  the high freq uen cy com p o nent  1 d ~ 5 d  of the  aerial  mode  compon ent of  d I  is very different with   of the DC line short  circui t fault.. Whereas i n   Figure 3(a),(b),(c),(d) , the low frequency  change  cha r a c t e ri st ic s in  6 d  of the aerial m ode  comp one nt of  d I  all are o b vious. Th e mo rphol ogi cal   spe c tru m  of  the sixth  sca l e is  analy z e d  u s ing  Fou r ier tran sform.  As i s   sho w n in Fi gure  4,  0Hz~100 Hz in freque ncy range in  6 d of the aerial mo de  comp one nt of  d I  is richer.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 12, No. 4, Dece mb er 201 4:  753  – 762   760     (a)  Thre e pha se  grou ndin g  fau l t in the inverter sid e  AC sy stem         (b)  Phase to ph a s e shortin g  faul t in the inverter si de AC  system         (c) Single ph ase g r ou ndin g  fault in the inverter  side  AC system   0 10 0 20 0 300 40 0 50 0 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 x 1 0 4 F r eq uen c y / H z A m p lit u d e 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 x 1 0 4 F r eq ue nc y / H z A m p lit u d e 0 10 0 20 0 30 0 40 0 500 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 x 1 0 4 F r e quen c y / H z A m p lit u d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Spectrum  Com parative Study of Com m utati on Failure and Short-Circuit .... (Chen Shi-long)  761   (d) Inve rter si de co nverte r tran sform e r ra tio of 3.5    Figure 4. FFT  spe c trum of  sixth scale m o rph o logi cal  spe c tru m  of the aeri a l mod e  comp one nt of  d I       4. Conclusio n     This pap er simulates co mmutation fa ilure   and short  c i rc uit fault in PSCA D /EMTDC  based on the  model of Yunnan -Gu ang zhou  80 0 k V  UHVDC transmi ssion  system. The  fault  points of DC line groun di ng sho r t circuit faults  are  located at 300km, 70 0km, 1200km o f  the   positive tran smissi on line s . Simulate commutation f a ilure s cau s e d  by three p hase gro undi ng   fault, single - p hase groundi ng fault, pha se to pha se sh orting fault in  the inverter  si de AC sy ste m   and i n crea si ng tra n sfo r m a tion ratio of  inverte r   si d e  tran sfo r me r to 3.5. Extract the  tran sient  sign al of inverter si de DC.  Then de com pose the aeri a l mode com pone nt of  d I into 6 different  scale s . At last, analyze the  high freq uen cy feature s  of   1 d ~ 5 d  and lo w freque ncy feat ure s  of  6 d   in the two kinds of fault case s. The anal ysis re sults show that the  aerial mod e  compon ent of  ܫ   has m o re  hig h  frequ en cy comp one nt in   1 d ~ 5 d   in the ca se of sho r t ci rcuit fault. While in the  ca se of co m m utation failu re the ae rial  m ode comp o nent ha s less frequen cy di vision s in  6 d     Referen ces   [1]   Yuan  Qin g y un.  Prese n t state  and  a ppl icatio n  pros pect  of ul tra HVD C  tran smission  i n  C h ina.  Po wer  System  Technology.  200 5; 29(14): 1-3.   [2]   Lin L i ng xue, Z H ANG Yao, et al. A surve y   on  co mmutation f a ilur e  in mu lti-i n feed HV DC transmissi o n   s y stems.  Pow e r System T e ch nol ogy.  20 06; 30(1 7 ): 40-4 6 [3]   Liu Ji an, L i   Xi n g y ua n, W u  Ch ong, et a l . Res earch   on critic al in de of co mmutation fa il ure i n  HVD C   sy s t e m Power  System  Technology.  200 9; 33(8): 8-12.   [4]   W ang Ga ng, L i  Z h ike ng, H u a ng Mi n, et a l Influenc e of  ini t ial fa ult vo ltag e a ngl e o n  co mmutati o n   failure identifi c a tion  in  a  HV D C  s y stem.  Aut o mation  of Electric Power Sy stem s.   201 0; 3 4 (4): 4 9 -5 4,   102.   [5]   Che n  Shu y o n g ,  Li Xin n i an, Yu Jun, et al.  A metho d  bas ed on the si n- cos compo nen ts detectio n   miti gates co mmutati on fai l ur e in HVD C . Proceedings of the C SEE. 2005; 25(14): 1-6.   [6]   He Ch aor on g, Li  Xi ng yu an, Ji n Xia o min g , et  al. Criteri a  for c o mmutatio n  fail ure i n  HVD C  transmissi o n   s y stems.  Pow e r System T e ch nol ogy.  20 06; 30(2 2 ): 19-2 4 [7]   He Cha o ro ng, Li Xin g y ua n, Jin Xi aomi ng, et al. Si mulati on  ana l y sis on co mmutation fai l u r e criteria fo r   HVDC transmi ssion s y stems.   Pow e r System T e chnol ogy.  2 007; 31( 1): 20- 24.   [8]   Xu So ng lin, Hu ang Sh ao- xi an.  F ault diag nosi s  of commutation fail ures in th e HVDC s y ste m  based o n   the  w a vel e t e n e rg y s pectrum  and  gre y   comp rehe nsive  rel a ti onsh i de gree.   Power System Protection  and C ontrol.   2 012; 40( 3): 85- 89.   0 100 200 300 400 500 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 x 1 0 4 F r equenc y / H z Am p lit u d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 12, No. 4, Dece mb er 201 4:  753  – 762   762 [9]   Lin L i ng xue, Z han g Yao, Z h ong Qin g , et al.  F ault iag n o s is of commutation fai l ur es i n  the HVD C   system b a sed  on a  metho d  of  w a velet ener g y  statistics [10]   Z hang  Yao,  Li n Li ng xue, Z h o ng Qin g . F a u l dia gnos is b a se d on   w a v e l e t for commutati o n  fail ures  i n   HVDC.  J ourn a l  of S outh  Ch i na  Univ ersity  of  T e chn o l ogy  (Natur al Sc ie nce E d itio n).  2 007;  35( 10):   172- 177.   [11]   Yin W enq in, L i u Qian jin. Ma thematica l  mor pho log y   rev i e w   a nd its ap pl icatio ns in p o w e r s y stem.   RELAY.  200 7; 35(1 9 ): 172- 17 7.  [12]   Shu  Hon g ch un , W ang  Cha o Z hang  Jie  W u   Na. HVD C  tra n smissio n  s y st em fau l t id entif icatio n a n d   locati ng  alg o rit h m usi n g  mat hematic al m o r pho log y El e c tri c  Po we r Au to ma ti on  Equ i pm en t.  20 07;  27(4): 6-9, 18.   [13]   Shu H o n g chu n , Che ng  Ch unh e, Z hao   W e n y ua n Zang Jiabei. Accurate  trav eli n g - w a ve fro n t   detectio n  b a se d o n  mor pho lo g y  a nd  HHT .   Electric Pow e r  Auto mati on E qui p m ent.  2 0 0 9 ; 29( 7): 1- 7 ,   37.   [14]   Z hao Ju n, Lv Yanp ing, W a n g  Han g u a n g . Ne w  sch eme t o  ide n tif y   lig ht nin g  distur ban ce for the UHV   transmissio n  li nes bas ed on   multi 2 scal e  morph o lo g y  d e comp ositio n.  High  Vo ltag Engi neer in g.   200 9; 35(5): 99 4-99 8.  [15]   W ang Ji ng, S hu H o n g -chu n, Che n   Xu e- yu n.  Multi-sca le  mor p h o lo gy a nalysis  of dy n a mic p o w e r   qua lity disturb a n ces . Procee di ngs of the CSE E . 2004; 24( 4): 63-67.   [16]   Z eng Ji yo ng, D i ng Ho ngfa, Du an Xia n zho ng.  Har m on ics det ection a nd dist urba nce loc a tio n  meth od s   base d  on  math ematica l  morp hol ogy . Proce e d in gs of the C SEE. 2005; 25( 11): 57-6 2 [17]   Ou yang Se n, Hua ng Ru nh on g. A method of  locatin g   transi ent disturb anc e of po w e r q u a lit y  b a se d o n   morph o lo gica l edg e detecti on Power Syste m  Technology.  2012; 3 6 (4): 6 3 -67.   [18]   Z hang  Li ju n, Y ang  De bi n,  Xu  Jin w u,  Ch en Z h i x in.   Appr oac h to  e x tracting   gear  fault fe atu r e b a sed  o n   mathematic al morph o lo gica l filterin g.  Chi n e s e Jour na l of  Mecha n ica l  En gin eeri ng.  2 0 0 7 ; 43( 2): 71 - 75.   [19]   Che n  Pan, C h en Ha o y o ng,  Ye Ron g . W i n d  spee d forec a sting b a se d o n  multi-sca le  morph o lo gica analy sis.  Pow e r System Prote c tion an d Co ntrol.  201 0; 38(2 1 ) : 12-18.   [20]   Li T i an yu n, Ya ng M e i, Z h o u   Xic h a o , et  al.  Met hod   of par tial disch arge  sign al an al ysis   bas ed o n   w a vel e t transfo rm and mathe m atical mor p h o lo g y Pow e r S ystem T e ch nol ogy . 200 7; 31( 6): 56-60   [21]   Z hu Sh ihu, Z h u H ong,  He P e izh ong.  Res e arch  on  struct urin g e l eme n ts selecti o n  in   morph o lo g y   oper ation.  Mo d e rn Co mputer . 200 9; 3(1): 19–  21.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.