选择性Powerformer定子单相接地保护研究

摘要

Powerformer是ABB公司研制的一种新型同步发电机，理论机端输出电压高达400kV，可省去升压变压器直接与电网并联，具有运行效率高、运行寿命长、环境效益好等优点，应用前景广阔。定子绕组单相接地故障是发生概率最高的发电机内部故障之一，是匝间故障及更严重的内部故障的先兆，加之Power former机组的运行特点，定子绕组单相接地故障及故障Powerformer的准确检测关乎Powerformer机组及电网的安全稳定运行。然而，现阶段国内外对选择性Powerformer定子单相接地保护研究相对较少，且现有保护方案存在灵敏性不高与可靠性不强等不足。因此，本文对选择性Powerformer定子单相接地保护展开了研究。
　　本文主要包括五部分内容。第一部分首先概述了Powerformer的发展历程并对发电机中性点接地方式进行了探讨;随后概述了传统发电机定子单相接地保护的国内外研究现状，并指出了现有保护方案的不足;最后概述了选择性Power former定子单相接地保护的国内外研究现状。第二部分首先介绍了Powerformer的设计特点与运行特点;随后详细介绍了Power former的内部故障模型。第三部分首先分析了并列运行Power former机组内部发生定子单相接地故障或外部系统发生单相接地故障时Powerformer机组的零序电流等效网络，提出了Power former机端零序电流与泄漏电流的提取方案;随后，根据Powerformer内部故障仿真模型对机端零序电流与泄漏电流提取方案进行了仿真验证，仿真结果体现了理论分析的正确性与提取方案的有效性。第四部分基于信息融合思想提出了基于系统聚类的选择性Powerformer定子单相接地保护方案，该保护方案融合了四种故障信息，首先将训练样本投射到四维空间，在四维空间中应用系统聚类方法将训练样本分为故障类与非故障类，并求出故障聚类中心与非故障聚类中心;随后，通过比较待测样本在多维空间中到两个聚类中心的距离判别待测样本的类别，进而判别Power former的运行状态;最后，仿真验证了保护方案的有效性。第五部分提出了基于判别分析的选择性Power former定子单相接地保护方案，保护方案首先提取四种判别因子，对训练样本进行学习，构造判别模型;随后，将待测样本代入判别模型，根据判别准则判定待测样本的类别，判定Powerformer的运行状态;最后，仿真验证了保护方案的有效性，并通过与其余保护方案的对比体现了该保护方案的优越性。
　　仿真结果表明，论文提出的基于系统聚类与基于判别分析的保护方案均能有效完成选择性Power former定子单相接地保护，并且不受系统运行方式的影响，体现了本文所提出的保护方案的有效性;不同保护方案保护性能的对比体现了本文提出的保护方案具有更高的可靠性与灵敏性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 Powerformer的发展历程

1．3 发电机中性点接地方式的探讨

1．4 传统发电机定子单相接地保护国内外研究现状

1．4．1 基波零序电压型定子接地保护

1．4．2 三次谐波电压型定子接地保护

1．4．3 外加电源型定子单相接地保护

1．4．4 其余发电机定子单相接地保护方案

1．5 Powerformer定子单相接地保护国内外研究现状

1．6 本文主要工作

第二章 Powerformer及其内部故障模型

2．1 Powerformer的设计特点

2．1．1 定子绕组

2．1．2 冷却系统

2．2 Powerformer的运行特点

2．3 Powerformer内部故障模型

2．4 小结

第三章 Powerformer定子单相接地故障信息的提取

3．1 Powerformer机端零序电流的提取

3．1．1 单相接地故障时机端零序电流分析

3．1．2 Powerformer机端零序电流的提取

3．2 Powerformer泄漏电流的提取

3．2．1 单相接地故障时泄露电流分析

3．2．2 Powerformer泄漏电流的提取

3．3 仿真分析

3．3．1 仿真模型

3．3．2 仿真结果

3．4 小结

第四章 基于系统聚类的选择性Powerformer定子单相接地保护方案

4．1 系统聚类简介

4．1．1 样本间距离计算方法

4．1．2 类间距离计算方法

4．1．3 算法的评价

4．2 基于系统聚类的选择性Powerformer定子单相接地保护方案

4．2．1 基于系统聚类的选择性Powerformer定子单相接地保护方案

4．2．2 数据集的构建

4．2．3 数据集的标准化

4．2．4 基于空间相关距离的判据

4．3 仿真分析

4．3．1 故障特征量的选择

4．3．2 仿真分析

4．4 小结

第五章 基于判别分析的选择性Powerformer定子单相接地保护方案

5．1 判别分析简介

5．2 判别因子的选择

5．3 基于判别分析的选择性Powerformer定子单相接地保护方案

5．3．1 基于判别分析的选择性Powerformer定子单相接地保护方案

5．3．2 距离判别分析模型

5．3．3 距离判别模型的检验

5．4 仿真分析

5．4．1 构建判别分析模型

5．4．2 判别分析模型的检验

5．4．3 仿真结果

5．4．4 保护方案性能分析

5．5 小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文)

附录B (攻读硕士学位期间获得的奖励)

附录C (攻读硕士学位期间参与的项目)