基于支持向量和小波变换的配电网单相接地故障分析及系统设计

论文摘要

配电网是电力系统的关键环节,直接与用户端相连,其运行的连续性、可靠性、经济性、安全性直接关系到人民的生活水平和社会生产,并且是电力系统中发生故障最多的一个环节,一旦配电网发生故障,将会对社会生产造成巨大的损失,给人们的生活水平带来极大的不便。因此,高可靠性的配电网故障定位系统是社会经济发展和人民生活水平提高的重要保证。本文采用双端（母线端采集电流信号；负荷端采集电压信号）模式的配电网行波故障定位方法,提出了采用支持向量机的方法区分配电网单相接地故障与扰动信号,采用小波变换对信号进行平滑去噪和信号奇异点的识别,并结合行波故障定位的原理构建了配电网单相接地故障定位系统。本文主要作了以下几个方面的工作：首先,通过各种定位方法的比较,并依据配电网的特点,对配电网的行波暂态信号进行分析,选用配电网双端行波故障定位方法,提出采用母线端电流信号、负荷端电压信号的双端测距原理。在配电网故障中单相接地故障是发生频率最高的故障,并且最难寻找,通过SINULINK仿真模拟10KV配电网单相接地故障,并通过多次的仿真实验证明双端电流-电压模式配电网单相接地行波故障定位方法的可行性。其次,针对大功率非线性设备的使用等引起配电网电能质量的瞬时扰动,提出了采用支持向量机的方法区分各种瞬时扰动和永久故障。结合瞬时扰动和故障时的信息特征,提取了异常信号的6个特征组成向量,作为支持向量机的输入向量,合理选择核函数,并通过仿真实验选择最合理的区分配电网单相接地故障和瞬时扰动信号的参数。再次,应用小波变换的方法,结合小波的多分辨率分析,采用阈值法对行波信号进行平滑去噪,采用模极大值的方法寻找信号的奇异点。结合异常信号的特点,通过仿真实验,确定小波变换的各种参数。最后,结合前面所述的配电网故障定位系统的理论基础,以及需要解决的实际问题,构建了一种新的配电网故障定位系统,主要包括巡线员定位装置、硬件部分和软件部分。综上所述,本文主要结合配电网行波信号的暂态分析,提出了提高配电网行波故障定位的可靠性和定位精度的新的理论方法,并且依此为理论基础实现了配电网故障定位系统的构建。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 配电线路各种定位方法介绍
• 1.2.1 利用故障后稳态量的测距方法
• 1.2.2 利用故障暂态量的测距方法
• 1.3 配电网单相接地故障定位存在的主要问题及困难
• 1.3.1 故障信号的获取困难
• 1.3.2 故障类型的识别
• 1.3.3 行波波头到达时间难以确定
• 1.3.4 波速度的确定
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 配电网单相接地故障检测方法研究
• 2.1 行波基本理论
• 2.1.1 行波的基本概念
• 2.1.2 行波传输过程中的折射、反射及损耗
• 2.2 配电线路单相接地故障特征及行波过程
• 2.2.1 配电网络的特点
• 2.2.2 配电线路行波暂态特征分析
• 2.3 配电线路行波法故障检测原理的确定
• 2.3.1 双端检测原理的确定
• 2.3.2 线路两端行波测量信号的选择
• 2.4 配电网单相接地模型的建立及仿真分析
• 2.4.1 仿真模型的建立
• 2.4.2 系统模型的仿真验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于支持向量机的配电网单相接地故障检测改进方法研究
• 3.1 行波法检测中干扰因素分析
• 3.2 支持向量机的理论基础
• 3.2.1 实际风险最小理论
• 3.2.2 线性模式的最优超平面
• 3.2.3 最优超平面的参数确定
• 3.2.4 核函数及其特征空间
• 3.3 配电网单相接地故障与扰动行波特征提取
• 3.4 支持向量机模型的建立及仿真分析
• 3.4.1 支持向量机的分类过程
• 3.4.2 支持向量机的输入向量
• 3.4.3 支持向量机的单相接地故障识别仿真验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于小波变换的配电网单相接地故障定位方法研究
• 4.1 小波分析理论
• 4.1.1 小波的定义
• 4.1.2 多分辨率分析及Mallat算法
• 4.2 故障定位信号的消噪处理及其仿真
• 4.2.1 基于小波变换的故障信号消噪算法
• 4.2.2 定位信号的去噪的仿真研究
• 4.3 配电网故障定位信号的奇异点识别及其仿真
• 4.3.1 基于小波变换的故障信号的奇异点识别
• 4.3.2 故障信号的奇异点识别仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 配电网单相接地故障定位系统的设计
• 5.1 系统的整体设计
• 5.2 巡线员定位装置设计
• 5.2.1 数据处理单元
• 5.2.2 GPS模块
• 5.2.3 GPRS模块
• 5.3 定位系统硬件部分设计
• 5.3.1 数据采集模块
• 5.3.2 精确时间同步技术
• 5.3.3 数据通信技术
• 5.4 定位系统软件部分设计
• 5.4.1 配电网故障定位算法的设计
• 5.4.2 GIS系统设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所得成果