基于过电压在线监测系统的高压电网输电线路故障定位研究

摘要

高压输电线路距离长，穿山越岭，工作环境极为恶劣，是电力系统中发生故障最多的地方，故障点难以查找。因此，在线路故障后迅速准确找到故障点，不仅对及时修复线路和快速恢复供电，而且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。故障行波定位利用高频暂态行波，不易受过渡电阻、短路类型以及线路结构影响，定位精度较高，但实用中主要以电流行波为主，易受噪声干扰的影响，定位精度难以保证。电压行波突变幅值大，不易受噪声干扰影响，且电力系统故障多发生在电压峰值附近，有利于电压行波的检测。目前故障行波定位方法只是针对单根输电线路，基于整个电网故障定位方法还没有文献明确提出。
　　 本论文在传统双端定位方法的基础上，引入图论中依赖图思想，提出了适用于整个电网的故障定位方法，并在电磁暂态仿真软件ATP-EMTP中建立了株洲地区220kV电网仿真模型，通过大量仿真实例对上述方法的可行性进行验证，最后提出可应用于电网故障定位的过电压在线监测系统配置方案。开展的工作如下：
　　 ①分析比较了输电线路的各种模型及其特点，采用相模解耦的方法消除对称三相线路之间的影响，推导了多导线母线节点的行波传输等值规则，总结了输电线路故障行波传输特征，并以500kV简单系统为例对故障初相角以及故障过渡电阻等影响因素进行了仿真分析。
　　 ②对比分析了各种小波函数的特点，并提出了采用小波变换模极大值检测故障初始行波波头的方法。
　　 ③在基于暂态行波双端波定位方法的基本原理基础上，首次运用图论中依赖图概念，提出一种基于依赖图的高压电网故障定位方法。
　　 ④详细叙述了运用ATP-EMTP对株洲地区220kV电网建模过程，并通过大量故障仿真实例对上述方法进行验证，结果表明该方法定位误差在100m以内，有较高的定位精度，同时也有很强的N-1容错能力，最后利用输电线路在线波速测量解决了该方法不能实现终端变近距离故障精确定位的问题。
　　 ⑤参考电力系统中相量测量单元PMU配置规则，提出了故障定位装置的配置原则。根据最大测量树MMT算法，提出了基于电网完全拓扑可观的配置方案。最后设计了株洲220kV电网的配置方案，并对该方案进行了仿真分析，结果验证了该方案能对株洲地区220kV电网的故障进行精确的定位。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1概述

1.2课题研究的学术价值和意义

1.3现代故障定位装置的研究现状

1.4输电线路故障定位方法综述

1.4.1基于故障稳态量的故障定位方法

1.4.2故障行波定位理论的发展

1.5本文主要研究工作

2 输电线路暂态模型及故障行波特征分析

2.1引言

2.2输电线路暂态分析频率相关模型

2.2.1集中参数模型与常分布参数模型

2.2.2频率相关线路模型

2.3多导线系统的相模解耦及模量波速

2.4输电线路故障行波特征及影响因素

2.5小结

3 基于小波依赖图的高压电网故障定位方法研究

3.1引言

3.2小波分析概述及小波函数比较

3.2.1小波变换概述

3.2.2小波函数的比较和选择

3.3基于小波变换模极大值的暂态行波提取方法

3.4基于暂态行波双端定位方法的基本原理及其相关问题

3.4.1基于暂态行波双端定位方法的基本原理

3.4.2暂态行波双端定位相关问题

3.4.3电压、电流行波定位的比较

3.5基于依赖图的高压电网故障定位方法研究

3.5.1依赖图概念

3.5.2依赖图的形式化定义

3.5.3基于依赖图的高压电网故障定位方法

3.6小结

4 高压电网仿真模型建立与结果分析

4.1引言

4.2仿真模型建立

4.2.1架空线路模型

4.2.2 220kV变电站仿真模型

4.3仿真结果分析及定位方法实现

4.3.1仿真波形图

4.3.2基于小波变换模极大值提取故障电压初始行波

4.3.3方法实现

4.3.4现有方法比较

4.4算法的容错性能分析

4.4.1云田站定位装置故障

4.4.2团山站定位装置故障

4.5输电线路的在线波速测量

4.6小结

5 过电压在线监测系统优化配置方案研究

5.1引言

5.2电力系统可观性分析及PMU配置规则

5.2.1电力系统可观性分析

5.2.2 PMU配置规则

5.3过电压在线监测系统配置方案

5.3.1过电压在线监测系统配置原则

5.3.2基于电网拓扑可观的过电压在线监测系统配置方案

5.4配置方案仿真分析

5.5小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2下一步研究工作的展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读学位期间发表的论文目录