基于故障暂态分量的高压输电线路继电保护方法研究

论文摘要

超/特高压输电线路是我国坚强智能电网的重要组成部分。输电线路暂态保护不受过渡电阻、电流互感器饱和、系统振荡和长输电线分布电容等影响,动作速度快,在高压输电线路继电保护中有着广阔的应用前景。本文研究基于故障暂态分量的高压输电线路继电保护方法和适合输电线路故障信号频谱特点的录波数据实用压缩方法。首先,对超/特高压输电线路故障过程中暂态分量的产生原因、传播时延和故障电流的大小进行了分析,阐述了检测提取暂态信号的常用算法的基本原理,重点介绍了小波多分辨率分析理论及db系列小波。其次,讨论了电流差动保护的几种判据,分析了故障暂态信号的小波分解系数在暂态保护中的应用,研究了故障暂态信号小波分解的细节系数作为保护判据初始量的优势,结合差动原理及能量谱,构造了基于两侧故障电流暂态信号的窗口能量谱的新判据,以达到高压输电线路保护速动性和可靠性的要求。运用Matlab软件对500kV高压输电线路短路故障进行建模和仿真,得到各种故障情形下故障暂态电流信号；用db6小波对故障信号进行离散小波变换(Discrete Wavelet Transform, DWT)多尺度分解,获得d4细节系数,计算判据的动作量和制动量,分析其在各种故障情形不同故障参数时的动作情况。仿真结果表明,本文所提出的判据能够更快速动作,更好地适应系统故障状态的变化。故障分析是提高输电线路继电保护运行和管理水平的另一重要手段。为改善输电线路故障录波数据的存储和传输效率,提出了一种新的输电线路故障录波数据压缩实用方法。该方法针对录波数据中故障通道与非故障通道中信号频谱特征的不同,分别采用快速傅里叶变换和小波变换压缩非故障通道和故障通道故障录波数据,并采用加窗的离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)频谱校正方法提高电网频率偏移时非故障通道的数据压缩率。Matlab仿真结果表明,这种分通道分时段压缩算法的压缩性能优良,可显著减小录波数据存储空间和通信传输时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 行波保护
• 1.2.2 暂态故障分量保护
• 1.2.3 数据压缩的研究现状
• 1.3 本文完成的工作
• 第2章 输电线路故障暂态过程分析及检测方法
• 2.1 输电线路故障暂态分析
• 2.1.1 输电线路故障暂态过程分析
• 2.1.2 串补电容对暂态过程的影响
• 2.2 输电线路故障暂态分量检测方法
• 2.2.1 基于数学形态学的暂态信号检测
• 2.2.2 希尔伯特-黄变换在暂态信号处理中的应用
• 2.2.3 小波分析理论
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于DWT暂态能量谱的输电线路差动保护
• 3.1 保护判据的提出
• 3.1.1 区内外故障时两端电流
• 3.1.2 故障暂态电流的小波分解
• 3.1.3 保护判据的形成
• 3.2 仿真验证
• 3.2.1 仿真模型
• 3.2.2 仿真验证
• 3.3 本章小结
• 第4章 故障录波数据实用压缩方法
• 4.1 故障录波数据特点
• 4.2 故障录波数据压缩方案
• 4.2.1 FFT压缩方法
• 4.2.2 小波变换压缩方法
• 4.2.3 录波数据压缩方案
• 4.3 压缩效果的评价标准
• 4.4 压缩方案实现中的关键技术
• 4.4.1 DFT频率校正及压缩方法
• 4.4.2 小波分解结构及最佳分解层数
• 4.4.3 数据压缩阈值的确定
• 4.5 仿真及压缩实例
• 4.5.1 FFT和小波压缩的选择判断
• 4.5.2 频率偏移对FFT压缩的影响
• 4.5.3 频率校正FFT压缩
• 4.5.4 录波数据整体压缩性能
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录