超高压距离保护滤波算法的改进研究

论文摘要

随着现代电网的高速发展,超高压和特高压输电线路正大规模建设,由于其有效电阻和线路感抗小,分布电容大,输电线路在发生故障后非工频分量非常丰富,暂态过程持续时间较长,基于工频量的保护将难以满足快速动作的要求,因此揭示故障后暂态过程的特征,使用合适的电力系统仿真软件对其进行模拟并提出相应的解决策略是必要的。本文在总结和借鉴国内外电力系统仿真技术的基础上,利用现代分析方法和技术手段,对基于工频量的距离保护进行理论研究和实践探索。论文所做的主要工作如下：1、利用Matlab/simulink建立了电力系统输电线路故障模型。模型包括分布参数的输电线路模块、电压电流测量模块、故障产生模块、比相结果实时显示模块、继电器封装模块等,它可以完成本课题研究所需要的双端电力系统的基本功能。2、建立了基于工频量的距离保护的模型,以比较工作电压相位法为理论基础,采用接地距离保护接线方式。模型包括工作电压模块、参考电压模块、相位比较模块、滤波器模块以及与工作空间的接口模块等,用于输出比相结果。通过观察导入工作空间的相角情况验证了该模型的可行性,这为后续滤波器系统的设计奠定了基础。3、仿真分析了短路后的暂态过程。通过对各种类型的故障进行分类,分别测试故障位置、故障类型、故障时刻、过渡电阻等因素对短路后暂态量的影响,分析故障后电流电压的频谱,明确何种情况下故障将会产生最大的谐波分量,何种情况下故障将会产生最大的非周期分量,这对于验证所设计的滤波器的滤波效果打下了基础。4、滤波器的设计。使用Matlab的m文件编制程序,利用样条函数设计响应时间为40ms的带通滤波器,它可有效滤除暂态量中的非周期分量和谐波分量,符合基于工频量的继电保护的要求。5、构建滤波器系统。针对电流暂态量中的非工频分量,利用本文所设计的样条函数滤波器来减轻非工频分量对距离保护拒动作的影响。结果表明所设计方案使得基于工频量的距离保护拒动几率大大降低,达到了预期的效果。本文研究工作及成果表明,所搭建的输电线路和距离保护模型能够基本反映实际电力系统的情况,通过一些实验验证了模型的可行性；短路后暂态过程的仿真表明各暂态量严重影响着距离保护的性能,通过有目的对暂态过程的各方面进行模拟,对它们的影响机理进行了讨论并分类,为深入分析超高压系统保护动作行为奠定了基础；利用样条函数设计的带通滤波器性能优越,仿真结果表明滤波器的使用可有效减轻非工频分量对距离保护拒动作的影响,使得基于工频量的距离保护拒动几率大大降低,所设计方案基本满足距离保护元件的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 距离保护的关键问题及现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 电力系统模拟系统的分析与建模
• 2.1 距离保护实质的阐述
• 2.2 距离元件的动作特性
• 2.2.1 正向故障时的动作特性
• 2.2.2 反向故障时的动作特性
• 2.3 输电线路故障模型的建立
• 2.4 距离保护模型的建立
• 2.5 模型的可行性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 短路后暂态过程的分析及仿真
• 3.1 短路后暂态过程的影响因素分析
• 3.2 短路后暂态过程的仿真分析
• 3.2.1 不同情况下短路电流波形比较
• 3.2.2 不同情况下短路电流频谱比较
• 3.2.3 反方向故障仿真
• 3.2.4 结论
• 3.3 暂态过程对距离保护的影响
• 3.3.1 故障角为0°时正向故障
• 3.3.2 故障角为90°时正向故障
• 3.3.3 反方向故障
• 3.3.4 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 滤波器设计
• 4.1 滤波器简介
• 4.2 傅里叶级数算法简介
• 4.3 基于样条函数的滤波器设计
• 4.4 滤波器性能验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 滤波器系统在超高压距离保护中的应用
• 5.1 超高压线路距离保护滤波系统的设计
• 5.2 滤波系统的应用
• 5.2.1 非周期分量的滤除
• 5.2.2 谐波分量的滤除
• 5.3 滤波效果检验
• 5.3.1 故障角为0°
• 5.3.2 故障角为90°
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表