基于PRONY算法的铁磁谐振和单相接地故障判别的研究

摘要

铁磁谐振和单相接地是电力系统两种常见的内部过电压故障。它们都能引起绝缘击穿而导致事故发生，故障后两者的外在表现也非常相似，但处理方法却不尽相同。因此在实际运行中准确区分两种故障，分别采取相应的措施来降低故障可能带来的损失是非常必要的。
　　铁磁谐振的产生是由于非线性电感在受到一定的扰动后，铁芯线圈饱和使得电感值减小，当它与系统中电容组成的共振频率等于电源频率时，会引起电流和电压的明显升高。谐振会在线圈中重复地产生高倍数和长时间流过的大电流，这种循环往复的电流会损坏电力设备，影响电力系统的安全运行。单相接地故障属于不对称短路的一种，故障发生后会使电压升高并超过额定值的15％以上，且它和铁磁谐振故障都会让系统的绝缘检测装置发出接地信号；对于低压配电网来说，单相接地可短时运行一段时间，铁磁谐振则必须马上消除。针对这一情况，本文主要做了以下几方面的工作：
　　1．研究铁磁谐振和单相接地故障的产生机理，以及产生波形的特征。因为铁磁谐振是被激发产生的，其零序电压或电流的高频分量是按指数规律上升的，存在稳定的高频分量；而短路故障的高频暂态分量是由于故障点电压突变导致的，会随着时间的推移而衰减，不存在稳定的高频分量。
　　2．用ATP软件分别对两种故障建模、仿真，重现事故的产生条件和原因，并对仿真得到的波形进行比较。
　　3．分析Prony算法的原理，利用MATLAB软件编写Prony算法对于故障后电压和电流信号中幅值、频率、相角和衰减因子计算的程序，采用指数函数来拟合其表达式中各参数随时间变化的规律，提取零序电压和电流中高频分量的特征。
　　4．用程序调取仿真的数据，研究两种故障情况下零序分量的各个参数随时间衰减的情况，主要是比较衰减因子的变化。通过比较可知，在谐振故障的零序分量中，其衰减因子是大于零的，稳定在某一个值附近，且绝对值较小；而短路后其高频分量的衰减因子是小于零的，是逐渐衰减的，且绝对值较大。
　　5．选取一个典型的配电网模型，分别令其发生铁磁谐振和单相接地故障，运用判据对系统的过电压情况进行判别，验证该判据的正确性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题研究现状

1. 3 本文的研究内容和章节安排

第二章 铁磁谐振产生的机理及仿真分析

2.1 铁磁谐振过电压产生的机理

2.2 中性点电位的变化情况

2.3 仿真分析

2.4 谐振系统各参数间的关系

2.5 本章小结

第三章 单相接地故障产生的机理及仿真分析

3.1 单相接地过电压的产生

3.2 单相接地故障的仿真

3.3 本章小结

第四章 PRONY算法分析

4.1 PRONY算法的基本原理

4.2 利用PRONY算法对铁磁谐振故障零序分量的拟合

4.3 利用PRONY算法对单相接地故障零序分量的拟合

4.4 本章小结

第五章 仿真验证

5.1 模型的建立

5.2 元件参数

5.3 仿真分析

第六章 结论

致谢

参考文献