配电网PT谐振检测方法研究

论文摘要

PT谐振是电力系统中常见的一种故障。实际运行的220kv及其以下的电压等级和电网结构都曾经发生过PT铁磁谐振。PT谐振大多数发生在中性点不直接接地的配电网中,由电磁式电压互感器饱和引起,电磁式电压互感器的非线性特性是铁磁谐振产生的根源。由于谐振时会产生过电压和过电流,长时间的谐振会导致电压互感器的高压熔丝熔断,互感器器身烧毁,瓷绝缘闪络,避雷器爆炸等事故,严重影响电力系统的安全稳定运行。本论文研究中性点不接地系统PT谐振的检测方法,目的是寻找一种简单实用的谐振检测算法,通过获取电力系统的实时录波数据,实时检测谐振的发生,及时给出预警信息,提高电力系统的安全运行水平。本论文首先对中性点不接地配电网中PT谐振过电压产生的原因、电压互感器的非线性特性、PT谐振的不同类型和特点进行了分析,在相应理论分析的基础上建立了电磁式电压互感器、中性点不接地10kv系统的等值电路。利用电磁暂态仿真软件ATP建立了中性点不接地10kv系统,通过改变线路对地电容、单相接地故障消失时刻、电源初相角等方面进行了大量的仿真,得到了分频谐振、基频谐振、高频谐振等谐振情况,为PT谐振检测方法提供了仿真数据。本文还仿真了单相接地的情况,以便于与基频谐振进行对比。在此基础上本文提出了一种结合小波变换、快速傅里叶变换、能量法的PT谐振检测方法,该方法提取故障发生后的中性点电压,用MALLAT算法对故障后的中性点电压进行一维离散小波分解,对分解得到的各个子带上的信号进行快速傅里叶变换,得到对应信号的频谱。当信号的频率为分频或高频时,判断发生了铁磁谐振的分频谐振或者高频谐振。当信号的频率为基频时,采用能量法对基频谐振和单相接地进行区分。采用大量的仿真数据以及实际录波数据对本文提出的算法进行了验证,验证结果表明,算法可以有效的检测PT谐振的发生,并且判断谐振类型,具有一定的实用性。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究概述
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 PT谐振一般原理
• 2.1 电压互感器的非线性
• 2.1.1 PT的非线性特性
• 2.1.2 PT磁化特性的表示方法
• 2.2 PT谐振的类型以及各自特点
• 2.3 PT谐振等值电路
• 2.4 PT谐振过电压的产生
• 2.5 现有检测方法简单介绍
• 2.5.1 相电压、线电压及零序电压综合法
• 2.5.2 利用故障后的零序电压和零序电流
• 2.5.3 利用小波变换法检测铁磁谐振
• 2.5.4 利用FFT检测铁磁谐振
• 2.6 消谐措施
• 2.7 本章小结
• 第3章 PT谐振仿真
• 3.1 仿真软件介绍
• 3.2 电磁式电压互感器模块
• 3.3 系统等值电路
• 3.4 系统仿真模型建立
• 3.4.1 电源模块
• 3.4.2 单相接地故障设置
• 3.4.3 系统仿真模型
• 3.5 谐振仿真
• 3.5.1 线路发生单相接地故障
• 3.5.2 线路发生分频谐振
• 3.5.3 线路发生基频谐振
• 3.5.4 线路发生高频谐振
• 3.6 电源初相角对谐振的影响
• 3.7 故障消失时刻对谐振的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 PT谐振检测方法研究
• 4.1 小波变换
• 4.1.1 母小波
• 4.1.2 连续小波变换（Continue Wavelet Transform,即CWT）
• 4.1.3 离散小波变换（Discrete Wavelet Transform,即DWT）
• 4.1.4 多分辨率分析（Multi-resolution Analysis,MRA）
• 4.1.5 MALLAT算法
• 4.1.6 有关小波混叠的分析
• 4.2 傅里叶变换（FOURIER TRANSFORM,即FT）
• 4.2.1 离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,即DFT）
• 4.2.2 短时傅里叶变换（Short time Fourier Transform,即STFT）
• 4.2.3 快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,即FFT）
• 4.3 能量法区分基频谐振和单相接地
• 4.4 采样率的选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 算法验证
• 5.1 MALLAT算法的编程实现
• 5.2 快速傅里叶变换的编程实现
• 5.3 仿真验证
• 5.4 实际录波数据的验证
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表