基于数学形态学—相关函数理论的高压直流输电线路单端行波故障测距方法研究

论文摘要

近年来高压直流输电在我国发展迅速,而直流输电线路大都距离长,经过地区地形复杂,气候多变,较易出现故障,因此在发生故障后准确进行故障点定位成为亟待解决的问题,单端法则是其中的热点研究问题。单端法的关键是准确、可靠地检测到故障引起的第2个反向行波浪涌并识别其性质,行波相关法是其中的经典算法,但由于时间窗宽度及一些其他因素,相关法并未达到实用的要求。本文提出将数学形态学滤波与行波相关法相结合的方法提高了单端法在实际应用中的可靠性、准确性及自适应性。本文主要工作如下：（1）分析直流输电线路上故障的发生过程和行波传播特点,总结出故障行波浪涌间存在的关系,并讨论了影响行波相关法在直流输电线路上获得应用的关键问题：相关函数极大值判据不可靠；难以预先确定合适的时间窗宽度。（2）在对高压直流输电系统的组成、运行特点和故障特征分析研究的基础上,利用PSCAD电磁仿真软件建立高压直流输电系统仿真模型和故障模块。本文通过直流输电线路上的接地故障、断线故障、雷击故障以及正常的稳态运行四种方式对所建HVDC模型进行了仿真运行,运行结果表明,该模型符合直流输电系统运行的要求。（3）结合形态学滤波与形态学变换的优点,设计了拥有滤波功能的形态学梯度变换,该变换具有双结构元素。进而提出基于数学形态学-相关函数理论的单端行波故障测距算法：首先通过本文设计的双结构元素形态学梯度分离正、反向行波浪涌,再采用行波相关法求取相关函数曲线,进行相关分析最后实现直流输电线路单端故障测距。本文通过PSCAD仿真获得故障数据,借助MATLAB软件编程实现算法,并以直流输电线路发生接地故障为例对新算法的进行仿真验证,结果表明该算法的抗过渡电阻能力达到100Ω、测距误差在150m以内且不受故障类型的影响。本文中提出的基于数学形态学-相关函数理论的行波测距算法能够实现直流输电线路上的单端行波故障测距并且不受故障距离、故障类型的影响,具有抗过渡电阻能力强、测距可靠性高、测距精度优的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高压直流输电技术的发展现状
• 1.2.2 行波故障定位技术的意义与现状
• 1.3 本文所做的工作及意义
• 1.3.1 本文所做的工作
• 1.3.2 本文的意义
• 第2章 直流输电线路单端行波测距原理
• 2.1 直流输电线路行波传播过程
• 2.1.1 直流输电线路故障过程
• 2.1.2 直流输电线路故障暂态行波传播特点
• 2.2 单端行波测距原理
• 2.3 行波故障测距的关键技术问题
• 2.3.1 故障分量的提取
• 2.3.2 模变换
• 2.3.3 正反向行波的分离
• 2.3.4 行波浪涌到达时刻的确定
• 2.4 行波相关法
• 2.4.1 行波相关法理论
• 2.4.2 影响行波相关法获得实际应用的关键问题
• 2.5 小结
• 第3章 基于数学形态学和相关法理论的直流线路单端行波故障测距算法
• 3.1 数学形态学理论
• 3.1.1 二值腐蚀和膨胀
• 3.1.2 灰值开、闭运算方法
• 3.2 形态学滤波器与形态学梯度变换
• 3.2.1 形态学滤波器
• 3.2.2 形态学梯度变换
• 3.2.3 具有滤波能力的形态学梯度变换
• 3.3 基于数学形态学-相关函数理论的综合测距算法
• 3.3.1 传统方法存在的问题
• 3.3.2 具有滤波能力的形态学梯度-相关函数算法实现
• 3.3.3 结构元素宽度
• 3.3.4 形态学梯度平移
• 3.4 小结
• 第4章 基于PSCAD的直流输电线路故障测距算法仿真分析
• 4.1 软件环境
• 4.2 高压直流输电系统仿真模型建立
• 4.2.1 高压直流输电系统仿真模型设计方案
• 4.2.2 高压直流输电系统仿真模型基本模块
• 4.3 各种故障仿真
• 4.3.1 仿真设置
• 4.3.2 仿真举例
• 4.4 基于数学形态学-相关函数理论综合测距算法的仿真验证
• 4.4.1 单极接地故障
• 4.4.2 近距离故障
• 4.4.3 两极接地故障
• 4.5 小结
• 第5章 结论
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文