输电线路单相自适应重合闸方法及应用

摘要

单相自适应重合闸包含两个关键技术:故障性质的区分与故障电弧熄灭时刻的捕捉。前者可避免断路器重合于永久性故障，保护电力系统免受二次冲击;后者可避免断路器重合于瞬时性故障电弧未熄灭阶段，确保断路器重合成功。本文研究输电线路故障性质识别电弧熄灭时刻捕捉方法，提出了两种单相自适应重合闸判据:改进自适应累加和判据以及高次间谐波判据。
　　首先，介绍了单相自适应重合闸的研究背景及研究现状，分析了输电线路恢复电压、故障电弧及潜供电流特性，论述了加快潜供电弧熄灭方法。针对不带并联电抗器和带并联电抗器输电线路，利用ATP-EMTP软件搭建这两种线路的永久性与瞬时性故障电弧模型，获得了故障相端电压的仿真波形。
　　其次，研究了不同故障性质下故障相端电压幅值变化规律，阐述了利用电压幅值变化时序识别故障性质和捕捉熄弧时刻的基本原理，提出了基于改进自适应累加和判据的自适应重合闸方法。该方法采用改进的自适应累加和算法(Adaptive Cumulative Sum Method，ACUSUM)检测电压幅值变化时序，克服了原始自适应累加和算法运算量大、触发信号持续时间短的不足，能快速区分故障性质并准确捕捉故障电弧熄弧时刻，实现简单，抗干扰能力强，对不安装并联电抗器和安装并联电抗器的线路均适用。ATP-EMTP仿真结果验证了方法的可行性。
　　再次，分析了瞬时性故障熄弧前后故障相端电压的谐波及间谐波变化规律，提出了基于高次间谐波判据的故障电弧熄弧时刻捕捉方法。该方法实现简单，不受电网整数次谐波污染的影响，适用于不带并联电抗器和带并联电抗器的线路。ATP-EMTP仿真分析结果验证了该方法在不同过渡电阻、故障位置及两侧电源相角差情况下的可靠性。
　　最后，将改进自适应累加和判据和高次间谐波判据应用于研制的最佳重合闸装置中，并制定了相应的自适应重合闸实现方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外自适应重合闸的研究现状

1．2．1 故障性质识别方法

1．2．2 故障电弧熄弧时刻检测方法

1．3 本文主要研究内容

第2章 输电线路单相接地故障电气量特性分析及仿真

2．1 故障电弧及恢复电压特性

2．1．1 一次电弧特性

2．1．2 二次电弧的特性

2．1．3 恢复电压的动态特性

2．2 潜供电流特性及加快潜供电弧熄弧措施

2．2．1 潜供电流特性

2．2．2 加快潜供电弧熄弧措施

2．3 故障相端电压特性

2．3．1 瞬时性故障时故障相端电压

2．3．2 永久性故障时断开相端电压

2．4 模型的建立与仿真

2．4．1 ATP／EMTP软件介绍

2．4．2 一、二次故障电弧的建模

2．4．3 瞬时性单相接地故障的仿真

2．4．4 永久性单相接地故障的仿真

2．5 本章小结

第3章 基于改进自适应累加和的单相自适应重合闸

3．1 改进自适应累加和算法介绍

3．1．1 自适应累加和算法

3．1．2 改进自适应累加和算法

3．1．3 改进自适应累加和算法与自适应累加和算法性能比较

3．2 基于改进自适应累加和的故障判别以及熄弧时刻检测原理

3．2．1 不带并联电抗器输电线路故障判别及熄弧时刻检测原理

3．2．2 带并联电抗器输电线路故障判别及熄弧时刻检测原理

3．2．3 基于改进自适应累加和算法的自适应重合闸方案

3．3 仿真验证

3．3．1 不带并联电抗器的输电线路仿真验证

3．3．2 带并联电抗器的输电线路仿真验证

3．4 本章小结

第4章 基于高次间谐波的单相自适应重合闸方法

4．1 基于高次间谐波的故障电弧熄弧时刻判定原理

4．1．1 不带并联电抗器的输电线路熄弧时刻判定原理

4．1．2 带并联电抗器的输电线路熄弧时刻判定原理

4．2 基于高次间谐波的故障电弧熄弧检测步骤及流程图

4．2．1 基于高次间谐波的熄弧时刻判定步骤

4．2．2 基于高次间谐波的熄弧时刻捕捉方案流程图

4．3 基于高次间谐波的熄弧时刻捕捉方法仿真验证

4．3．1 不带并联电抗器输电线路的仿真验证

4．3．2 带并联电抗器输电线路的仿真验证

4．4 本章小结

第5章 单相自适应重合闸的应用

5．1 基于DSP的输电线路最佳重合闸装置

5．1．1 最佳重合闸装置硬件设计

5．1．2 最佳重合闸装置软件设计

5．2 单相自适应重合闸的应用

5．2．1 改进自适应累加和判据的应用

5．2．2 高次间谐波判据的应用

5．3 本章小节

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参加的科研项目