基于小波變換的配電網單相接地故障定位研究及應用

電子通信論文編號:TX059       論文字數:44691,頁數:83

目  錄

摘  要 II
Abstract   III
目  錄   V
第1章 緒  論   1
1.1 問題的提出及研究意義   1
1.2 國內外配電網單相接地故障定位的研究及應用現狀[3  2
1.2.1 國外研究現狀   2
1.2.2 國內研究現狀   2
1.3 尋求新的研究方法   3
1.4 論文的主要工作   4
第2章 配電網單相接地故障分析   5
2.1 中性點接地方式概述[4]   5
2.2 中性點不接地系統故障分析[5]   6
2.2.1 故障穩態特征分析   6
2.2.2 故障暫態特征分析   8
2.3 中性點經消弧線圈接地故障分析[6]   9
2.3.1 故障穩態特征分析  9
2.3.2 故障暫態特征分析   11
2.4 通過分析得到的結論   14
2.4.1 穩態故障特征分析結論   14
2.4.2 暫態故障特征分析結論   14
2.5 系統建模與仿真平臺   15
2.6 本章小結   17
第3章 小波變換理論及在電力系統中的應用   18
3.1 小波變換的數學表達[10]   18
3.2 從信號分析的過程理解小波變換  20
3.3 離散小波變換   22
3.3.1 離散小波變換與多分辨率分析算法的描述   22
3.3.2 引入實例解析Mallat算法   25
3.4 基于小波變換的信號奇異性檢測   26
3.4.1 小波變換模極大值點與信號突變點之間的關系[15]   27
3.4.2 引入實例解析信號的奇異性檢測  28
3.5 小波分析在電力系統中的應用綜述  29
3.6 本章小結   31
第4章 基于小波變換的配電網單相接地故障選線研究   32
4.1 從故障選線的角度分析單相接地故障特征  32
4.2 故障選線原理的小波表示——選線算法   33
4.2.1 已往選線算法的總結   33
4.2.2 提出選線步驟和選線算法   34
4.3 選線算法分析   36
4.3.1 小波基的選取[24]   36
4.3.2 分解尺度的確定   37
4.3.3 故障選線啟動量的選擇   37
4.4 仿真實例分析  38
4.4.1 母線故障的仿真   38
4.4.2 中性點不接地系統故障選線仿真   40
4.4.3 中性點經消弧線圈接地系統故障選線仿真  42
4.5 從“行波”的角度理解故障選線  44
4.5.1 “行波”的來源[26  44
4.5.2 行波的波速與波阻抗  46
4.5.3 行波的物理解釋[30]   48
4.5.4 從行波分析故障選線  48
4.6 本章小結  49
第5章 基于小波變換的配電網單相接地故障測距研究  51
5.1 選取一種有效測距方法  51
5.1.1 阻抗法測距概述  51
5.1.2 行波法測距概述   53
5.2 行波測距的理論基礎   55
5.2.1 電流行波的故障特征  55
5.2.2 行波信號的測量與采集  57
5.3 暫態電流行波測距的小波表示——測距算法  57
5.3.1 行波的小波表示  57
5.3.2 引入實例分析電流行波的小波表示  58
5.3.3 基于電流行波的故障測距算法   60 
5.4 測距算法分析  61
5.4.1 波速度的選擇  61
5.4.2 架空線與電纜交叉連接情況下的測  61
5.4.3 行波在母線處的反射與透射   62
5.4.4 對端母線反射波的影響   62
5.5 仿真實例分析   63
5.6 本章小結   64
第6章 配電網單相接地故障定位系統的應用研究  65
6.1 系統的總體結構實現研究  65
6.2 故障數據處理的軟件實現研究  68
6.3 本章小結   70
結論與展望   71
參考文獻   72
致  謝   76

摘  要
隨著社會經濟的發展，對電力需求日益增長，同時對供電質量和配電自動化的水平提出了更高的要求。配電網大多采用小電流接地系統，單相接地故障定位研究一直是電力系統的研究熱點。
小波變換是近年來發展壯大起來的應用數學領域的一個分支，其在電力系統中也得到了廣泛的應用。作為一種全新的時頻分析方法，它可以隨著信號頻率高低的變化自適應地調節其時頻窗的形狀，被認為是暫態信號的理想分析工具。通過對單相接地故障后的穩態和暫態過程分析并比較后得出結論，暫態過程攜帶豐富的故障信息，小波分析方法完全有能力提取出這些“隱藏”的信息。故障定位包含兩個部分，一是故障選線，即在各條出線中選出發生故障的線路；二是故障測距，即準確測量故障線路的故障點位置。
文章提出了一種新的選線判據，它利用各線路零序電流暫態分量的小波變換的細節分量，依據在特征尺度下各值的大小及極性判斷出故障線路；并通過故障發生后對線路中電流行波的分析，提出了基于行波法的故障選線判據，補充了前一種選線方法的單一與不足，重要的是與后續的基于電流行波的故障測距在理論上達到一致性。文章對利用行波法進行故障測距進行了嘗試，利用小波變換模極大值檢測理論，檢測行波到達時刻，實現故障測距。
經過大量仿真試驗驗證了選線判據與測距判據的有效性和準確性，并對故障定位系統裝置研制進行了嘗試性的總體結構設計和軟件設計，提出了基于Matcom與Visual C++相結合的軟件設計方法。

關鍵詞：配電網 單相接地故障 故障定位 小波變換 故障選線 故障測距

Abstract
With the development of society and economy, the demand for power supply and its ability has increased rapidly in recent years. Most of power distribution network system adopts the small current neutral grounding system. The research of single phase-to-earth fault location is the focus in this field nowadays.
Wavelet transform is a new and promising theory in mathematics, and it has an extensive application in the power system now. It has been proved to be very efficient for transient signal analysis. According to a set of damped oscillations named “wavelets”, it builds a new representation for the analyzed signal. Thought analyzing the characters of the steady signal and the transient signal after the single phase-to-earth fault occurring, we draw a conclusion that the transient signal provided with the important fault info. According to the wavelet analysis, we can find out those “hidden” info. Fault location includes two parts. One is fault line selection, the other is fault distance detection.
The paper brings forward a bran-new approach for fault line selection. By transforming the zero-sequence current of fault signal, we can tell easily on which line the faults have occurred. The major point here is to compare the maximum points of the details, either their magnitudes or directions can be used to identify the fault line. Moreover, by analyzing the traveling wave after single phase-to-earth fault occurred, we put forward another approach based on current traveling wave for fault line selection. This approach is powerfully complementary for the former one, and the more important point is it achieves a theoretic identity with fault distance detection arithmetic that putting forward in the paper. The fault distance detection principle that utilizes traveling wave appears in the small-current-grounding system. Using the powerful function of wavelet in the face of singular detection, the time that the traveling wave crest arrives is detected and the fault distance detection is realized.
By plenty of simulation test, the results show that the methods putting forward in the paper are efficient and reliable. Moreover, the paper attempts to design an equipment of Fault-location system, and it brings forward a software designing method by using Matcom and Visual C++.

Key words: Power distribution network, Single phase-to-earth fault, Fault location, Wavelet transform, Fault line selection, Fault distance detection