全补偿消弧线圈及其控制方法的研究

论文摘要

随着电力系统的发展,我国中压配电网中性点采用谐振接地方式日益增多,但现在流行的消弧线圈接地方法的选线效果和消弧效果均不够理想,希望寻求更好的消弧和选线办法,以满足电网运行可靠性要求。本文在在详细分析现有各种形式的消弧线圈的结构及控制方式优缺点的基础上,提出一种对接地残流,包括有功及谐波畸变分量都能进行完全补偿的新型消弧线圈,开展配电网新型消弧及选线技术的研究,包含全补偿消弧线圈的主从式结构形式,及与其相适应的运行控制策略、接地电容电流检测和谐振接地系统故障选线等方面内容。首先,开展了全补偿消弧线圈及其控制方法的研究。在系统正常运行时,提出一种基于电网固有频率的注入信号在线电容电流检测方法,用于主消弧线圈在线自动调谐参考,保证主消弧线圈在系统正常时运行于系统全补偿点附近;在系统发生单相接地故障时,为准确地对接地残流进行有源注入补偿,最小化接地残流,提出一种基于模糊推理的自适应接地残流谐波检测算法,为从消弧线圈有源注入提供准确的输出电流参考。随后,在对全补偿消弧线圈进行控制时,针对系统模型的不确定性、电网接地故障的复杂性及系统外界的各种干扰,提出基于H_∞控制理论的全补偿消弧线圈控制技术,通过建立控制目标的混合灵敏度分析函数,将控制系统转化为标准H_∞控制问题进行求解,并利用主导节点法对最终的控制器进行降阶处理,解决了全补偿消弧线圈的快速性、稳定性控制问题。然后,针对谐振接地电网故障选线的难题,提出基于形态小波多尺度分析的谐振电网暂态故障选线算法,结合小波对信号多尺度细节分析的优势,及数学形态学运算简洁、易于编程实现的优势,利用形态学算子替代小波算子,构建信号金字塔理论的形态小波多尺度分辩算法,用于解决谐振接地电网暂态故障选线难问题。最后,由于系统发生铁磁谐振时,计量系统表现出的特征与系统发生单相接地故障时完全相同,所以甄别系统的真伪接地,以免采取错误的处理措施,对保障配电网的安全运行也有实际意义。因而,开展了铁磁谐振抑制技术的研究,在详细分析配电网铁磁谐振及保险熔断问题产生机理基础上,提出相应的抑制方案,通过仿真及高压物理实验验证理论的正确性,并在现场运行取得了良好的效果。上述研究通过了理论推导及数值仿真分析,并搭建了实验装置进行了部分实验验证,为全补偿消弧线圈的实用化提供必要的研究基础,是对配电网谐振接地系统消弧及故障选线技术的有益补充和完善。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 配电网概述
• 1.1.2 谐振接地系统概述
• 1.2 消弧控制技术的发展现状
• 1.2.1 消弧线圈结构及调谐控制方式的发展现状
• 1.2.2 谐振接地系统接地电容电流检测的发展现状
• 1.2.3 谐振接地系统单相接地故障选线的发展现状
• 1.2.4 对接地故障电流全补偿的必要性
• 1.3 本文的研究内容和主要工作
• 第二章 全补偿消弧线圈检测技术的研究
• 2.1 引言
• 2.2 全补偿消弧线圈在线电容电流检测算法的研究
• 2.2.1 在线电容注入信号检测法简介
• 2.2.2 基于谐振接地电网固有频率注入信号法的理论分析
• 2.2.3 注入信号法影响因素分析
• 2.2.4 仿真及物理实验分析
• 2.3 全补偿消弧线圈自适应谐波检测算法的研究
• 2.3.1 谐波电流检测算法简介
• 2.3.2 自适应干扰（噪声）对消原理
• 2.3.3 自适应谐波电流检测原理
• 2.3.4 模糊变步长自适应谐波电流检测算法
• 2.3.5 算法仿真及实验分析
• 2.4 小结
• ∞控制理论的全补偿消弧线圈控制方法的研究'>第三章 基于H_∞控制理论的全补偿消弧线圈控制方法的研究
• 3.1 引言
• ∞控制理论简介'>3.2 H_∞控制理论简介
• ∞控制理论的实质'>3.2.1 H_∞控制理论的实质
• ∞标准控制问题'>3.2.2 H_∞标准控制问题
• ∞控制器的求解方法'>3.2.3 H_∞控制器的求解方法
• ∞控制问题'>3.3 基于混合灵敏度分析的H_∞控制问题
• 3.3.1 灵敏度函数的定义
• 3.3.2 控制系统的混合灵敏度分析
• ∞控制问题'>3.3.3 基于混合灵敏度分析的H_∞控制问题
• ∞控制在全补偿消弧线圈系统中的应用'>3.4 混合灵敏度H_∞控制在全补偿消弧线圈系统中的应用
• 3.4.1 全补偿消弧线圈模型的建立
• ∞控制模型'>3.4.2 系统模型转化为标准H_∞控制模型
• 3.4.3 加权函数及控制器的求取
• 3.5 仿真研究
• 3.5.1 仿真模型的建立及控制器的求取
• ∞控制器的降阶处理'>3.5.2 H_∞控制器的降阶处理
• 3.5.3 仿真结果分析
• 3.6 小结
• 第四章 基于形态小波的谐振接地系统故障选线的研究
• 4.1 引言
• 4.2 形态学小波变换简介
• 4.2.1 数学形态学简介
• 4.2.2 形态金字塔
• 4.2.3 形态小波
• 4.3 信号相关分析理论
• 4.3.1 相关的概念
• 4.3.2 信号的相关分析
• 4.4 基于形态小波的暂态故障选线算法原理
• 4.4.1 谐振接地系统单相接地故障暂态过程分析
• 4.4.2 基于形态小波的暂态故障选线算法
• 4.5 算法验证
• 4.5.1 仿真分析
• 4.5.2 物理实验分析
• 4.6 小结
• 第五章 抑制铁磁谐振造成配电网伪接地故障的研究
• 5.1 引言
• 5.2 PT 铁磁谐振及保险熔断问题产生机理分析
• 5.2.1 PT 铁磁谐振产生机理分析
• 5.2.2 PT 保险熔断产生机理分析
• 5.3 PT 铁磁谐振及保险熔断抑制方案研究
• 5.3.1 中性点加装第四 PT 抑制方案
• 5.3.2 中性点加装消谐电抗器抑制方案
• 5.4 数值仿真分析
• 5.4.1 四 PT 方案仿真分析
• 5.4.2 消谐电抗器方案仿真分析
• 5.5 物理实验研究
• 5.5.1 铁磁谐振抑制方案实验分析
• 5.5.2 PT 保险熔断抑制方案实验分析
• 5.6 小结
• 第六章 结 论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果及发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的科研工作