故障指示器信号录波同步和检测算法研究

摘要

随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对用电的需求也越来越大，用电的可靠性对人们来说至关重要。为了进一步提高用电的可靠性，就需要在配电网故障发生后，及时地发现故障点并进行处理，最大限度地减少停电时间。小电流接地系统经常被用在我国的中低压配电网中。因为发生单相接地故障时，故障电流小，故障不容易检测出来，所以单相接地故障的的定位问题成为了一个难题。本文采用基于零序电流的同步录波检测算法，当故障发生时，挂在配电线上的三相故障指示器能够同时启动录波（同步精度小于 100us），当接地故障发生时，故障指示器自动采集故障前4个周波和故障后8个周波的录波数据,通过汇集单元将录波数据上传至主站，然后在主站进行零序电流的合成，根据网络拓扑的分析得出故障区间，并发短信告知维修人员，减少了故障后的维修时间，满足了人们对用电可靠性的需求。 配电网在线监测系统由主站、汇集单元、故障指示器三部分组成，本文给出的故障指示器的同步录波检测算法就是基于配电网在线监测系统的一种故障检测算法。本文首先介绍了课题研究的背景、研究意义、故障指示器的发展历程、配电网故障判据的研究现状，介绍了配电网在线监测系统，分别介绍了主站、汇集单元、故障指示器等各部分的功能，对故障指示器的功能和技术指标进行了介绍。给出了配电网在线监测系统的故障定位原理。对无线通讯模块的协议进行了阐述，对无线发送模块以及无线接受模块的流程进行了说明。然后给出了本课题采用的基于零序电流法的同步录波检测算法，对录波启动模块进行了阐述：对故障指示器录波启动流程进行了设计，在常规启动判据的基础上，给出了基于稳态的启动判据算法，并设计了相应的启动判据流程，对采样电流的有效值进行了计算和分析，最后针对故障发生时，三相录波不同步的问题，本课题分别在故障发生前和故障发生时给出相应的三相同步的算法，经实验仿真验证，故障前的同步精度为4.20us、发生故障时的三相同步精度为3.38us，均满足了三相同步误差在100us范围内这个国网新规定。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 故障指示器发展历程

1.2.1 国内故障指示器发展

1.2.2 国外故障指示器发展

1.2.3 故障指示器的类型

1.3 配电网故障判据研究现状

1.3.1 阻抗法

1.3.2 行波法

1.3.3 中电阻法

1.3.4 故障指示器的检测判定方法

1.4 本课题的主要研究工作

第2章 配电网在线监测系统设计

2.1 配电网在线监测系统

2.1.1 主站设计

2.1.2 汇集单元设计

2.1.3 故障指示器功能和技术指标

2.2 配电网在线监测系统故障定位原理

2.3 数据通讯模块

2.3.1 无线通信协议定义

2.3.2 射频模块初始化

2.3.3 无线发送模块设计

2.3.4 无线接收流程模块设计

2.4 本章小结

第3章 故障判据及录波启动设计与实现

3.1 故障判据---基于零序电流法的同步录波算法概述

3.2 故障指示器录波启动判据原理

3.2.1 常规判据启动算法

3.2.2 基于稳态量的录波启动判据算法

3.3 采样电流有效值的计算

3.4 本章小结

第4章 故障指示器同步录波算法的实现

4.1 录波不同步的误差原因分析

4.2 未发生故障时的三相同步实现

4.2.1 未发生故障时三相同步的软件设计

4.2.2 未发生故障时三相同步的实现

4.3 发生故障时的三相同步

4.3.1 发生故障时三相同步的软件设计

4.3.2 发生故障时三相同步的实现

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢