基于曲线拟合方法的故障测距应用研究

论文摘要

高压输电线路的准确故障测距是从技术上保证电网安全、稳定和经济运行的重要举措之一,具有巨大的社会和经济效益。长期以来,高压输电线路的准确故障测距受到电网运行和管理部门以及专家学者的广泛重视。本文首先对已有的故障测距方法进行了概述,分析比较了现有故障测距方法的优缺点,重点研究了基于工频量的测距方法,故障电压、电流的基波分量的提取精度直接影响该类方法的测距精度。其次,对两类常用的提取基波分量的正弦函数模型算法和周期函数模型算法进行了介绍和性能分析。正弦函数模型算法所需要的数据窗较短,计算也不复杂,但实际电网信号往往是带有非周期分量和倍频以及高频分量,因此要与带通数字滤波器配合使用。周期函数模型算法分为全周波傅氏算法和半周波傅氏算法,最适合微机保护计算基波分量。全周波傅氏算法需要一个周期的采样值,响应时间至少为一个周期;半周波傅氏算法的数据窗虽只有半周,但其精度比全周波傅氏算法差。现场记录数据表明,当输电线路发生故障时,相应的保护装置可在一个周波内将故障切除。为了解决故障后的记录数据不足一个周期时,全周傅氏算法无法准确计算基波分量的问题,本文建立基于傅里叶级数的数学模型来拟合故障电压、电流,用最小二乘法确定傅氏系数,用故障电压（电流）值和拟合电压（电流）值的残差、残差平方和等检验拟合效果、确定拟合方程,由拟合方程表达式可得到一个整周期的故障电压、电流,进而利用全周傅氏算法提取其基波分量。本文应用ATP-EMTP对高压输电线路建立仿真模型进行了大量的数值仿真,利用基于傅里叶级数的拟合方法对故障电压、电流进行拟合,结果表明,对于绝大部分故障情况,都可以找到拟合效果较好的傅里叶级数拟合方程;利用拟合所得的故障电压、电流进行测距,并与利用半周傅氏算法与全周傅氏算法提取基波分量进行测距的结果进行了比较,结果表明利用拟合所得故障电压、电流测距的精度与利用全周傅氏算法所得故障电压、电流测距的精度非常接近,并大大高于利用半周傅氏算法所得故障电压、电流测距的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高压输电线路故障测距算法分类
• 1.2.1 行波法
• 1.2.2 故障分析法
• 1.3 各种测距算法的比较
• 1.4 本文所作的工作
• 第二章 微机保护中提取基波分量的几种算法
• 2.1 正弦函数模型算法
• 2.1.1 两点乘积算法
• 2.1.2 导数算法
• 2.2 周期函数模型算法
• 2.2.1 全周波傅氏算法
• 2.2.2 半周波傅氏算法
• 2.3 正弦函数模型算法的性能分析
• 2.3.1 两点乘积算法的性能分析
• 2.3.2 导数算法的性能分析
• 2.4 周期函数模型的算法的性能分析
• 2.4.1 傅氏算法性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于傅里叶级数的拟合方法
• 3.1 引言
• 3.2 曲线拟合的概念
• 3.3 基于傅里叶级数的拟合方法
• 3.3.1 傅里叶级数拟合的基本原理
• 3.3.2 拟合优劣的判断标准
• 3.4 曲线拟合的深入研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于傅里叶级数的拟合方法在故障测距中的应用仿真
• 4.1 仿真模型的建立
• 4.1.1 仿真工具介绍
• 4.1.2 建立故障模型
• 4.2 仿真结果及分析
• 4.2.1 对故障电压、电流进行拟合
• 4.2.2 利用拟合所得的故障电压、电流进行测距
• 4.2.3 利用半周、全周傅氏算法所得电压、电流进行测距
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表