配电网异常运行状态分析及故障选线方法研究

摘要

配电网量大面广，担负着直接为广大用户供电的任务。随着社会经济的发展，人们对电力的需求日益增长，同时对供电质量提出了更高的要求。 因此，有必要对配电网中的异常运行状态进行分析，找出隐患；此外，当发生故障后要能快速有效地检出，保障系统安全、稳定运行和供电可靠性。 随着配电网中电缆线路的大量使用，出现基波电流谐振的可能性大大增加，威胁系统的正常运行。文中结合某变电站异常运行状态实例，在理论分析和MATLAB语言数值计算的基础上，指出由于电缆的大量使用导致了该系统参数配合不当，从而诱发了基波电流谐振，并提出装设静态补偿器以防范该类谐振。应用MATLAB中的电力系统仿真工具箱(SimPowerSystems)建立了相应的动态仿真模型进行详尽的仿真研究。仿真分析结果表明，该方法是行之有效的。 配电网中性点采用小电流接地在世界范围内是一种较流行的接地方式，并在我国配电网中得到了广泛应用。小电流接地系统单相接地故障选线是多年来一直未能很好解决的一个难题。 文中简要介绍了小波分析的理论基础及其在电力系统中的应用现状，概述了配电网中性点各种接地方式的优劣，系统归纳了现有的各种选线原理和方案的特点，提出了尚需解决的问题，并给出了分析的结论。 在详细分析小电流接地系统发生单相接地故障时暂态特征的基础上，提出应用具有多分辨率分析和良好的时频局部化特性的小波变换提取故障暂态信息，实现故障选线的新方法。即利用相应出线相电流或β分量的暂态信息突变量在小波变换某一尺度下模极大值或能量比较来确定故障线路，该方法同样适用于只装设两相CT的小电流接地系统，从而克服了迄今为止提出的一些选线方法在系统只装设两相CT时失效的问题。 全面讨论了小波基的选取、分解尺度的确定、小波变换的边界处理等几个与算法密切相关的问题。采用基于Stein无偏似然估计自适应阈值选择原理的实用消噪方法对故障信号进行预处理，在改善信噪比的同时，又提高了对突变信息的分辨率。深入细致地分析了谐波、间歇电弧、电流互感器、负荷、过渡电阻等多个因素对故障选线结果的影响，为方案的实用化奠定了基础。 理论分析及大量仿真实验证明，本文提出的选线方法准确、可靠，适应性、灵敏性均优于现有的基于稳态量方法，适合各种接地方式的小电流接地系统，具有很好的鲁棒性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2寻求故障选线新方案

1.3论文的主要内容

1.3.1配电网异常状态分析

1.3.2小电流接地系统故障选线

2基于MATLAB的配电网异常运行状态分析

2.1引言

2.2 MATLAB及其在电力系统中的应用

2.3谐振实例分析

2.4理论分析

2.4.1基本计算条件

2.4.2参数计算

2.4.3列写节点电压方程

2.4.4数值计算

2.5解决措施

2.6仿真验证

2.6.1建立PSB仿真模型

2.6.2仿真结果分析

2.7结论和建议

2.8本章小结

3小波分析基本理论及其在电力系统中的应用

3.1引言

3.2从傅立叶变换到小波分析

3.2.1傅立叶变换

3.2.2短时傅立叶变换

3.2.3小波及小波变换的数学定义

3.3离散小波变换

3.3.1离散小波变换

3.3.2二进小波变换

3.4多分辨分析

3.4.1基本概念

3.4.2 Mallat算法

3.5奇异性检测理论

3.5.1信号的奇异性

3.5.2小波变换与局部奇异性

3.6小波分析在电力系统中的应用

3.7本章小结

4小电流接地系统及其故障选线问题

4.1引言

4.2国内外配电网中性点接地方式的发展概况

4.3中性点不同接地方式的比较

4.3.1中性点不接地

4.3.2中性点经消弧线圈接地

4.3.3采用自动跟踪补偿消弧线圈

4.3.4中性点经电阻接地

4.4单相接地故障稳态分析

4.4.1中性点不接地系统的故障特征

4.4.2经消弧线圈接地系统的故障特征

4.5当前主要故障选线方法

4.5.1基于零序电流基波的选线方法

4.5.2 5次谐波分量法

4.5.3有功分量法

4.5.4基于负序电流的选线方法

4.5.5“S注入法”

4.5.6注入变频信号法

4.6尚需解决的问题

4.7探索新的选线方法

4.8本章小结

5基于小波分析理论的故障选线新原理

5.1引言

5.2小电流接地系统单相接地故障特征分析

5.3选线算法

5.4算法分析

5.4.1小波基的选取

5.4.2小波变换边界的处理

5.4.3采样率的选取

5.4.4分解尺度的确定

5.4.5 A/D转换及数据存储

5.4.6小波变换的信号预处理

5.5故障选线信号的消噪处理

5.5.1噪声在小波变换下的特征

5.5.2含噪信号的小波分析特性

5.5.3小波去噪的方法

5.5.4小波去噪的步骤

5.5.5阈值选取原则及其计算

5.5.6消噪实例

5.6故障选线步骤

5.7本章小结

6数值仿真及结果分析

6.1建立仿真模型

6.2仿真结果分析

6.2.1不同故障条件下的仿真结果

6.2.2加入噪声干扰的仿真结果

6.2.3间歇电弧过程的选线结果

6.2.4谐波的影响

6.2.5暂态信号经过电流互感器的选线结果

6.2.6只有两回出线的选线结果

6.2.7区分母线故障与馈线故障

6.2.8负荷的影响

6.2.9过渡电阻的影响

6.3本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2发展方向

致谢

参考文献