电缆网负荷分界开关控制技术的研究

摘要

负荷分界开关的应用能够有效地提高配电网的供电可靠性,目前已有开关产品应用于架空线配电网并取得了一些运行经验,但是电缆网不同于架空线网,电缆的结构、阻抗比、分布电容等参数均与架空线有着明显的区别,以上特性的不同使得现有的负荷分界开关技术和相应产品在电缆网中的应用并不成熟,因此,本文主要对电缆网负荷分界开关的控制技术展开研宄。　　负荷分界开关控制技术的前提和关键在于开关对界内、外故障的准确判定和整定。针对以上问题,本文以我国目前最为普遍的小电流接地方式电缆网为研宄对象,对其接地故障进行了重点分析。根据接地故障电流的稳态特性,建立了开关界内、外接地故障的简单模型,由模型分析得出界内发生接地故障时,流经开关的零序电流的幅值一般大于界外故障并且两者的相位相反。为了更加准确地判定负荷分界开关界内的单相接地故障,使开关具备对界内单相接地故障的预警功能,本文对电缆网单相接地故障的暂态过程进行了详细分析,采用了基于小波能量相对熵的电缆网单相接地故障判定理论。首先通过小波滤除零序电流低频段的稳态成分和髙频段的干扰信号,得出1500~3000Hz频段的零序暂态电容电流分量,再利用基数B样条小波分解该分量,求出各支路的小波能量相对熵,选取其中最大的三个熵值进行比较,若为母线接地,三个值相差不大,若为开关界内接地,接地支路的小波能量相对熵应大于另外两个值相加。根据以上判据,建立了35kV四出线电缆配电系统单相接地故障的仿真模型,求出了四条支路仿真信号的小波能量相对熵,其结果有力地验证了判据。此外,为了给开关提供故障整定值参考,提出了一种基于改进潮流算法的短路电流计算方法,算法引入了负荷静态电压特性模型,将迭代量统一转化为节点电压进行迭代,计算出了故障点三相的故障电流,对比15节点系统故障的算例和仿真,两者结果的最大相对误差仅为3.39％,由此在一定程度上证明了算法的准确性。　　在理论分析的基础上,本文根据负荷分界开关控制系统的设计需求提出了详尽的软硬件设计方案。系统选择TMS320F28335作为主控芯片,围绕该主控芯片,设计了电源、信号采集、AD转换以及开关驱动控制电路,除了以上的基本功能模块之外,为了加强开关控制系统的智能化水平,还设计了信息存储和通信模块等辅助电路。软件设计包括底层驱动程序以及上层算法程序的设计,文中均给出了具体的设计流程。

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第一章绪论

§ 1 .1课题背景及研究意义

§ 1 .2负荷分界开关控制技术的研究现状

§ 1 .3本论文的主要研究工作

§ 1 .4本章小结

第二章负荷分界开关对电缆网故障判定的稳态分析

§ 2 .1电缆网运行方式简介

§ 2 .2电缆网故障的稳态分析

§ 2 .3电缆网故障的稳态计算

§ 2 .4本章小结

第三章负荷分界开关对电缆网故障判定的暂态分析

§ 3 .1小电流接地方式故障的暂态过程分析

§ 3 .2基于暂态电容电流小波能量相对熵的电缆网接地故障判定算法

§ 3 .3本章小结

第四章负荷分界开关控制系统的设计

§ 4 .1开关控制系统的总体结构和设计需求

§ 4 .2控制系统的硬件设计

§ 4 .3控制系统的软件设计

§ 4 .4本章小结

第五章实验结果与分析

§ 5 .1实验方案的确定

§ 5 .2实验结果与仿真分析

§ 5 .3本章小结

第六章总结与展望

§ 6 .1本文总结

§ 6 .2研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果