连接有短线路的配电网故障精确定位研究

摘要

配电网中的线路结构相比较于输电线路更为复杂，在空间距离上相对来说比较短，并且在母线处可能连接有很多短线路。当配电网发生故障时，应当及时地检测到故障信号，准确的判断出故障线路，进行故障的精确定位。但是迄今为止，尚没有一种行之有效的解决连接有短线路的配电网精确故障定位的方法。 本文首先对故障行波的产生过程进行了阐述分析，研究了行波在线路中的传输参数及衰减特性，分析了当行波传输到波阻抗不连续点时的折射与反射规律。然后论述了相模变换的基本原理以及暂态信号获取分析的方法，在其基础上研究故障暂态行波的时域频域特征，重点分析了不同模量的传播参数和依频特性，然后分析了不同模量行波在传输过程中的波速变化，证明了线模行波波速是基本不变而零模行波波速是逐渐衰减的。基于上述理论研究，对中性点不接地的35kV单端辐射状配电网发生单相接地故障时的特征进行分析，结合行波的传输参数和折反射规律，通过相模变换，提取零模及线模分量，提出了根据电压与电流线模行波模极大值乘积的符号判断故障线路，以及根据中点处前两个波头到达时刻进行精确定位的方法，并且在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型验证了方法的可行性。 最后，将算法进行补充与完善，从而可以应用到复杂的连接有短线路的单端辐射状配电网中，实现精确的故障定位。首先，在每条线路的首端提取故障电压初始行波的模极大值及故障电流初始行波的模极大值，来代表它们的极性，计算二者乘积，根据二者乘积是否为负判断故障发生的线路，此方法可解决传统配电网故障定位方法中无法区别故障是发生在连接同一母线的几条短线路中哪一条的问题。然后，根据故障线路两端测得的模量时间差大小判断故障发生在线路的前半部分还是后半部分。最后，在故障线路的中点处安装一个电压行波测量装置，提取线模电压行波波头的前两个到达时刻，由于配电网线路较短，线模行波波速可以看作常量，从而可求得故障发生的精确位置，此方法可解决传统配电网故障定位方法中靠近母线处发生故障的死区问题。全过程只需要故障初始行波波头到达各线路首端的模极大值信息、故障线路两端的的首波头模量时间差以及故障初始行波到达故障线路中点的前两个波头到达时刻，不需要进行时间同步，方法简单迅速，定位准确有效，具有良好的可靠性与工程实用性。本文在PSCAD/EMTDC中搭建复杂的连接有短线路的配电网仿真模型，基于电网拓扑结构，设置不同故障点，模拟不同故障情况，大量的仿真实验验证了算法的可行性和鲁棒性。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 阻抗法

1.2.2 行波法

1.3本文主要工作

2行波的基本理论及传输参数

2.1故障行波的产生

2.2 行波的传输参数

2.3 行波的折射和反射

2.4行波的衰减

2.5本章小结

2暂态信号分析方法及行波的依频特性

3.1相模变换

3.2小波变换的基本理论

3.2.1 连续小波变换与离散小波变换

3.2.2 小波变换表征的信号奇异性

3.2.3 小波基的选择

3.3行波的依频特性分析

3.4模量时间差与故障距离的关系

3.5本章小结

4 基于分布式测量的故障定位方法

4.1 传统行波法故障定位的原理及缺陷

4.1.1 单端法

4.1.2 双端法

4.1.3 模量时间差法

4.2初始行波的故障特征

4.3故障线路的确定

4.4基于分布式测量的定位原理

4.5特殊情况下的方法可行性分析

4.5.1 故障发生在靠近母线处

4.5.2 故障发生在靠近测量点处

4.6本章小结

5 扩展定位算法实现复杂配电网故障定位

5.1连接有短线路的复杂配电网故障定位算法

5.2配电网故障定位方法步骤

5.3 仿真算例

5.4故障定位方法影响因素研究

5.4.1 故障过渡电阻的影响

5.4.2 故障初相角的影响

5.5本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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