基于无线通信的配电网单相接地故障定位系统

摘要

单相接地故障是配电网中发生几率最高的故障，可占总故障数的80％左右。由于配电网结构复杂，故障电流微弱，小电流接地系统中单相接地故障检测比较困难，是一直未得到很好解决的技术难题，严重限制了配电网自动化水平的提高。因此，对配电网故障快速准确定位的研究有重要的意义。
　　首先对配电网单相接地故障的稳态过程和暂态过程进行了分析，在此基础上，充分利用零序电流分量的故障特征，通过零序电流比幅、比相法，零序电流暂态法对不同接地方式的配电网进行故障“定段”，然后利用阻抗法对故障区段进行故障测距。动模实验和PSCAD电磁暂态仿真充分验证了多判据融合的故障定位方法的正确性和有效性，并且分析了过渡电阻、负荷不对称等因素对故障定位的影响。
　　本文结合多判据融合的配电网单相接地故障定位方法，设计了一种基于无线通信的配电网单相接地故障定位系统，该系统主要包括线路测量单元、数据中转站和配电网监控主站三个部分。其中线路测量单元安装在配电网各主要节点上，数据中转站安装在线路测量单元附近，配电网监控主站配置在变电站中。该系统通过蓝牙模块实现线路测量单元与数据中转站之间的通讯，通过GPRS模块实现数据中转站与配电网监控主站的通讯，全网用GPS实现线路电流的同步采样。
　　本文为线路测量单元设计了自供电模块，从母线上利用电磁感应原理在线获取能量，并配合超级电容储能，充放电次数和使用寿命上均优于电池，实现免维护的功能，降低了硬件成本。
　　该系统适用于多种故障定位方法，能够实现电气量同步采集、无线通信、数据存储、状态监测和故障定位等功能。该系统安装灵活，可根据配电网结构和故障定位精度来确定测量单元的数量和安装地点，实现单相接地故障的在线定位，提高供电可靠性，并在线监测各主要线路的运行状态，为配电网的优化运行、故障隔离和故障重构提供依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．2．1 注入信号

1．2．2 故障信号

1．3 本课题研究的意义

1．4 本文的主要工作

2 故障定位理论基础

2．1 配电网单相接地故障定段

2．1．1 零序电流比幅法

2．1．2 零序电流比相法

2．1．3 零序电流暂态法

2．2 基于阻抗法的单相接地故障测距

2．2．1 故障测距的原理

2．2．2 故障测距算法的具体实现步骤

2．3 多判据融合的配电网单相接地故障定位

2．4 动模实验和PSCAD仿真建模

2．4．1 动模实验

2．4．2 PSCAD模型

2．4．3 动模实验的PSCAD模型对比

2．5 动模实验和PSCAD仿真结果

2．5．1 中性点不接地系统的实验结果与分析

2．5．2 中性点经消弧线圈接地系统的实验结果与分析

2．6 本章小结

3 定位系统硬件设计

3．1 定位系统总体结构

3．2 线路测量单元的硬件设计

3．2．1 线路电流采集模块

3．2．2 SD卡存储模块

3．2．3 GPS全网同步授时模块

3．2．4 蓝牙近距离无线通讯模块

3．3 数据基站的硬件设计

3．4 定位系统的抗干扰设计

3．4．1 定位系统的电磁干扰源

3．4．2 抗干扰措施

3．5 本章小结

4 定位系统软件设计

4．1 编程语言及开发工具的选择

4．1．1 编程语言选择

4．1．2 开发工具选择

4．2 线路测量单元的软件设计

4．3 数据中转站的软件设计

4．4 配电网监控主站的软件设计

4．5 故障定位系统功能测试实验

4．5．1 实验总体设计

4．5．2 瞬时电流值采样

4．5．3 暂态负荷变换过程

4．6 本章小结

5 故障定位系统电源的供能理论研究

5．1 引言

5．2 供能方式介绍

5．2．1 太阳能和蓄电池混合供能

5．2．2 激光供能

5．2．3 电流互感器在线供能

5．3 自供电模块总体设计

5．4 感应线圈的设计

5．5 电源管理电路的设计

5．5．1 整流滤波电路

5．5．2 过电压保护电路

5．5．3 瞬时过压保护电路

5．5．4 能量存储电路

5．5．5 DC-DC电路

5．6 自供电模块测试实验

5．7 本章小结

6 结论

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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