多分辨形态学梯度-相关函数理论在特高压直流输电线路故障测距上的应用

摘要

我国资源与负荷逆向分布的特点，清洁能源须增大能源占比的发展形势，亟需发展特高压。而高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心，因此成为我国发展特高压工程的首选。尤其是对经营区域覆盖26个省（自治区、直辖市）、覆盖国土面积的88％以上、供电人口超过11亿人的国家电网公司，更是把发展特高压作为构建全球能源互联网，攻坚智能电网的发展方向。
　　由于我国发展特高压直流输电技术的目的就是远距离、大容量的输送、调节电能。大都横跨多个省市，且为减少对群众生产生活的影响，特高压线路通道一般就规划在偏远路上，经过地形地貌复杂多变，防外破压力大，线路运行维护困难。同时，因担负着大容量的符合，一旦发生故障或缺陷，造成的经济损失和不良影响极大。因此，选取一种方便、可靠并易于操作的故障点距离测量和成熟的计算方法迫在眉睫。利用在输电线路一侧的方法进行对故障点距离测算的单端算法是当前推进高压直流故障测距的重要研究方向。利用此类方法，可以及时、有效的进行故障波的提取检测，并用传统的行波故障点测距算法进行距离测算。但此种算法是在理论条件下，面对实现复杂环境和诸多干扰波，以上算法难以在实际中进行操作应用，其测算结果也往往会出现诸多误差。本篇论文正是基于以上问题，创造性的引入数学形态学梯度变换函数，结合传统距离测量算法完成对外界干扰因素的过滤，及待测算行波的极值剔除，进而极大降低测距误差，使操作方法更具有实用性和准确性。基于以上思路，本文重点从一下过程进行优化完善:
　　(1)对研究对象进行分析研究，即将直流输电线路上发生故障的条件、种类及过程进行提取（假设）分析，对搜集到的各类行波浪涌进行对比，找出关键需要分析的行波，并推导出关键行波本身存在的干扰因素和不足。
　　(2)开展建模分析，对实际运行的特高压直流线路网及设备进行研究，总结其关键部位构成及特点为数学建模提供思路和现实参考。上述工作完成后，应用PSCAD电力系统仿真成熟软件组建高压直流输电网模型及有可能发生故障点的模拟数据。分别研究正常运行状态、发生外力破坏情况（断线或对地放电）以及雷电干扰等情形进行逐一分析。试验结果表明，上述观点符合实际需求。
　　(3)引入新算法，解决传统计算方法面临的误差大的问题，利用数学形态学中梯度变换的优点，构造出一个既可以过滤干扰波，又可以修正（剔除）带分析行波的波峰和波谷上的极值，因此提出了“多分辨形态学梯度-相关函数理论在特高压直流输电线路故障测距上的应用”这一最终研究课题。计算过程就是通过引入两个类型的结构元素，分离出所需要进行计算的行波，再利用直流输电线路上故障点行波的测距方法进行相应函数的构造，最后实现利用单侧测量点完成高压直流输电线路故障点的定位和测距。本论文通过两种仿真数据软件（即电力系统PSCAD和MATLAB数学软件）对建立的模型进行仿真实验。通过最终测算，得出以上计算方法的能够大范围的消除误差，距离判定缩小至0.2公里的范围内。
　　因此，本文涉及到新型测距方法可以在故障线路的单侧进行故障测距，并且能够有效甄别外部干扰，净化带测量行波纯度，进而极大提高故障点距离测量的准确性和现实可操作性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 对高压直流输电线路故障测距在国内外的研究现状

1．2．1 发展历程及现状

1．2．2 进行单侧故障点测量的实用性

1．3 本论文面对的形势和需解决的问题

1．3．1 本论文发布面临的形势

1．3．2 本论文针对的问题

第2章 单端行波故障点测距法在直流线路的应用原理

2．1 故障点产生的行波传导形态

2．1．1 高压直流线路上发生故障的几种形式

2．1．2 故障点行波产生初始状态下的特征

2．2 直流输电线路上单端行波故障点测距原理

2．3 实行直流线路行波测距须注意的关键点

2．3．1 提取分量

2．3．2 进行分量变换

2．3．3 正负行波的提取分析

2．3．4 直流输电线路行波浪涌到达时间的确认

2．4 行波相关测距法

2．4．1 行波相关测距法涉及的理论

2．4．2 行波相关测距法在实际应用中面临的关键因素

2．5 本章总结

第3章 利用多分辨形态学梯度-相关函数理论融入相关法理论的直流输电线路单端行波故障点测距方法

3．1 理论选用的根源

3．1．1 所需运算方法

3．1．2 灰度图像运算方法

3．2 正负脉冲的过滤和多分辨形态学梯度的构造

3．2．1 正负脉冲的过滤

3．2．2 多分辨形态学梯度的构造

3．2．3 变换添加滤波优化提纯功能

3．3 利用梯度变换并引入综合方案的算法

3．3．1 引入新算法之前需解决的短板

3．3．2 通过梯度变换构建具有滤波作用的函数

3．3．3 元素数值的设置

3．3．4 引入向量平移

3．4 本章评价

第4章 对直流输电线路故障点距离测量方法的建模验证

4．1 建模所需的软件工具

4．2 建立高压输电线路的仿真建模

4．2．1 模型的构成

4．2．2 仿真模型中模拟高压直流输电线路上的基本模块

4．3 对直流输电线路中各类故障情况的仿真模拟

4．3．1 仿真设置

4．3．2 运行环境列举

4．4．2 当故障点与测量点距离较近时

4．4．3 两根线路同时发生接地

4．4 本章小结

第5章 结语

5．1 综合概述

5．2 今后需进一步完善的方向

参考文献

致谢