基于投影变换理论的输电线路差动保护的研究

摘要

电流差动保护由于原理简单，广泛用于线路的继电保护当中。但是传统的电流差动保护受线路分布电容电流的影响较大，另外，线路参数的误差以及电流互感器的暂态噪声等因素造成的不平衡电流，会导致电流差动保护的灵敏度下降，甚至区外故障时保护误动。随着电力系统的迅速发展，电网结构日趋复杂化和多样化，必须考虑提高差动保护动作的可靠性和灵敏度。因此，本文在研究分析的基础上，提出了快速行波差动保护新原理和算法。
　　本文首先利用投影变换、微分函数的代数逼近，将输电线路微分方程转换为代数方程，推导出离散时间数字方程，然后结合行波传输理论，建立了行波传播的数字方程，根据其解建立了行波传播关系模型；同时，提出了适合实时在线计算的行波传播的数字计算方法，可以根据线路一侧行波，计算线路对侧行波。然而，推演线路任意位置的行波，关键在于如何获得行波传播函数。针对采样频率较低，传播函数计算难度加大的问题，本文采用两种方法——零极点估算法和矩阵法，快速计算线路的传播函数，实现在任意采样频率下计算线路行波的算法。仿真表明，利用矩阵法所计算的行波误差相对较小，在16点/周波的采样频率下，行波最大计算误差不超过10％；在200点/周波的采样频率下，行波最大计算误差不超过6%。
　　在已获得线路传播函数的前提下，分析电流行波故障特征，发现线路无故障或区外故障时两侧行波满足传播关系，区内故障两侧传播关系被打破，据此特点构造了电流行波差动保护判据，提出了基于电流行波的分相差动保护新原理、算法和方案。大量的ATP仿真验证表明，该原理和方案具有较高的灵敏度和可靠性、很强的选相跳闸能力，计算快速简便，同时，不需要高采样频率，仅需要线路的波阻抗参数，保护特性对参数精确度不敏感，抗过渡电阻能力达到500?。
　　本文是对基于投影变换理论的线路快速保护的探讨，仿真分析充分证明了线路分相差动保护新原理的正确性和可行性，为电力系统新型继电保护原理提供理论支持。

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第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 电流差动保护的发展及研究现状

1.3 本文所做的工作

第二章 基于投影变换理论的行波传播计算模型

2.1 正交基与正交投影

2.2 投影与逼近的基本概念

2.3 输电线路行波传播的数字模型

2.4 本章小结

第三章 输电线路行波传播计算方法

3.1 利用零极点估算法计算传播函数

3.2 利用矩阵法计算传播函数

3.3 输电线路行波数字计算方法

3.4 仿真验证

3.5 本章小结

第四章 电流行波差动保护的基本原理

4.1 电流行波故障特征

4.2 制动电流行波

4.3 保护判据

4.4 本章小结

第五章 新型输电线路分相差动保护的算法与方案

5.1 基于电流行波的线路分相差动保护方案

5.2 仿真验证

5.3 本章小结

第六章 结论及进一步工作

6.1 本文的总结

6.2 本文的创新点

6.3 有待解决的问题

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加课题和发表论文