（测试计量技术及仪器专业论文）基于信息融合的电力系统故障检测及稳定控制研究.pdf

摘要 本论文研究信息融合技术应用于电力系统，姒解决这个复杂的能源大系统中的 一些难题。开展了两个方面的研究工作：第一，针对配电网单相接地故障信号微弱、 故障状况复杂、选线保护困难的状况，研究了基于信息融合技术的综合选线保护策 略；第二，针对现代互联电力系统高维数、强耦合、非线性等导致控制鲁棒性降低 的问题，研究了基于信息融合技术的多机耦合电力系统分散协调控制决策。 由于小电流单相接地故障信号非常微弱、影响因素多，所以小电流接地电网单 相接地故障选线保护问题长期以来没有得到很好解决。本文针对此问题研究了以下 内容： 为了充分利用单相接地故障的互补信息提高选线保护的可靠性，提出了基于d s 证据理论的故障选线融合方法，并针对故障选线问题的特点，将选线目标转化为证 据理论模型，建立了综合故障选线策略。 提出了基于暂态量的神经网络故障选线方法。为了有效提取故障暂态信息，研 究小波包基函数的选取问题。针对电力系统故障暂态量的特点，为了有效克服非故 障暂态信号的干扰，研究选取了容错性和联想记忆功能很强的混沌神经网络实现故 障选线，并采用改进的遗传算法对混沌神经网络的权值和参数同时进行训练，加快 其收敛速度。根据目标模式与神经元的输出状态构造了数值型选线判据，为多判据 的信息融合提供前提条件。通过实验算例验证了基于暂态量选线判据的有效性和适 用性。 提出了基于奇异量的多频带分析故障选线方法。为了有效提取故障奇异性模极 值，研究选取了b 样条小波包函数。基于线路的相频特性分析，提出了中性点不接 地和中性点经销弧线圈接地两种情况下故障选线有效频带的选取方法。考虑故障奇 异量模极值分布的频段差异较大，基于能量分布原则，定义了各线路的特征频带。 当各线路的特征频带一致时，构造三种数值型选线判据，制定选线原则；当各线路 的特征频带不一致时，构造两种数值型选线判据，制定选线原则。实验算例显示出 基于奇异量选线判据的有效性和独特性。 提出了基于稳态量的混沌理论故障选线方法。研究基于混沌理论的故障背景信 号的神经网络建模方法，通过神经网络的预测滤除故障后的背景信号，以克服故障 燕山大学工学博士学位论文 前含有的五次谐波成分的干扰。为了检测到故障后微弱的五次谐波分量，研究基于 d u f f i n g 振子五次谐波相变原理的选线方法。为了便于实现多个选线判据的融合，构 造了d u f f i n g 振子相变检测选线方法的数值型判据。通过实验算例证实了选线判据可 靠适用性。 随着大型电力系统互联和各种电力电予技术的广泛应用，电力系统的复杂性大 大增加。多机耦合电力系统的稳定控制也成为极难解决的一大技术难题。一个非线 性、巨维数、强耦合的多机电力系统可以看成多个非线性单机子系统耦合组成，因 此多机耦合电力系统的稳定控制可以设定为在考虑各单机子系统之间耦合作用的前 提下，对单机子系统实施分散协调控制。但由于各单机子系统的运行状况不同，使 得每个耦合子系统所呈现出的性质也不尽相同。对不同性质的子系统，若采用同一 种控制策略，势必会影响控制的鲁棒性，甚至不稳定。针对这一现状，本文提出了 基于信息融合的多机耦合电力系统分散协调控制决策，研究了以下三个方面的内容： 提出了利用电力系统的多源信息、采用信息融合技术对子系统模型性质进行识 别、针对不同性质的子系统、考虑其间的耦合性、设计相应的h 。模糊跟踪控制方案， 进而实现多机耦合电力系统分散协调控制的决策。由于识别系统模型性质所利用的 多源信息具有冗余性，提出了基于d s 证据理论的相关证据融合方法。结合模型性 质识别的具体特点，将模型性质识别转化为相关证据理论模型，制定了模型性质识 别策略。 分别针对不同性质模型设计了h 。模糊跟踪控制方案。将多机耦合电力系统的每 个单机子系统用一系列t - s 线性化模糊模型逼近；基于各种性质的t - s 模糊模型， 提出了h 。模糊跟踪控制方案；将状态反馈控制器表征为线性矩阵不等式问题，并采 用凸优化方法求解控制器的参数。仿真实验表明基于信息融合的控制决策具有较强 的鲁棒性。 当子系统状态不完全可测时，针对不同性质模型分别设计了基于模糊观测器的 h 。模糊跟踪控制方案。控制决策良好的控制性能通过仿真实验得到了验证。 关键词信息融合；电力系统；证据理论；小波理论；神经网络；d u r i n g 振子；模 糊跟踪控制；模糊观测器； i i a b s t r a c t t h i st h e s i sr e s e a r c h e so na p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o n f u s i o n t h e o r y t o d o w e r s y s t e m si no r d e r t os e t t l es o m eo ft h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h eg r e a ta n d c o m p l e xe n e r g ys y s t e m s t w oa s p e c t so fr e s e a r c h w o r k sh a v eb e e nd o n ei n t h i st h e s i s o n ei so nc o n s t r u c t i n gi n t e g r a t e df a u l td e t e c t i n gc r i t e r i o nb a s e do n i n f o r m a t i o nf u s i o nf o r s i n g l ep h a s e t o g r o u n df a u l t ( s p g f ) i np o w e r d i s t r i b u t i o ns y s t e m st oo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g e si ni ta sv e r yw e a ks i g n a l s a n d c o m p l e x f a u l ts i t u a t i o n s t h eo t h e r a s p e c t o fr e s e a r c hw o r ki so n e x p l o r i n g ad e c e n t r a l i z e d h 。f u z z yt r a c k i n g c o n t r o ls c h e m eb a s e do n i n f o r m a t i o nf u s i o nt e c h n i q u e st oi m p r o v et h er o b u s t n e s so fs t a b l ec o n t r o lf o r m u l t i m a c h i n ei n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m ，w h i c hi sc h a r a c t e r i z e da sh u g e d i m e n s i o na n ds t r o n gn o n l i n e a r i t y t h es p g f so c c u r r i n gi nn e u t r a ls m a l lc u r r e n tg r o u n d i n g ( n s c g ) p o w e r s y s t e m s ，d u et ot h ev e r yl i t t l e f a u l tc u r r e n t st h e yp r o d u c ea n dt h ei n t e r m i n g l e w i t hs o m eo t h e ra d v e r s ef a c t o r s ，a r ed i f f i c u l tt ob ed e t e c t e d t h o u g hl o t so f w o r k so ni th a v eb e e nd o n ei nt h ep a s t ，t h i s p r o b l e mh a sn o tb e e ns e t t l e d p e r f e c t l ya sy e t t h er e s e a r c hc o n t e n t so ns p g fd e t e c t i n gp r o b l e mi n t h i s t h e s i sa r ea sf o l l o w s ： i no r d e rt ot a k ef u l l a d v a n t a g e o fm u l t i i n d e p e n d e n t i n f o r m a t i o no f s p g f st oc o n s t r u c ti n t e g r a t e df a u l td e t e c t i n gc r i t e r i o n ，m u l t i - c r i t e r i af u s i o n m e t h o db a s e do nd se v i d e n c e t h e o r y i s s t u d i e d ，a n d a i n t e g r a t e f a u l t d e t e c t i n gs t r a t e g yi sp r o p o s e d i no r d e rt om a k et h eb e s to fa b u n d a n tf a u l tt r a n s i e n ti n f o r m a t i o n ，an e u r a l n e t w o r kf a u l t d e t e c t i n gm e t h o db a s e do nt r a n s i e n ti n f o r m a t i o ni sp r o p o s e d f i r s t l y ，aa p p r o p r i a t eo r t h o g o n a lw a v e l e t sp a c k e tf u n c t i o ni sc h o s e ni no r d e r t o e f f e c t i v e l yd i s t i l l f a u l tt r a n s i e n t i n f o r m a t i o n ；a n dt h e na c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ef a u l tt r a n s i e n ti n f o r m a t i o no fp o w e rs y s t e m ，ac h a o t i c n e u r a ln e t w o r ki s i n v e s t i g a t ea n de m p l o y e dt o d e t e c t s p g f s ，b yw h i c ht h e i n t e r f e r e n c eo ff a l s ea n dn o n - f a u l tt r a n s i e n ti n f o r m a t i o n i s o v e r c o m e i t s w e i g h t c o e f f i c i e n ta n d p a r a m e t e r s a r e o p t i m i z e db yi m p r o v e d g e n e t i c a l g o r i t h m ；f i n a l l y ，a c c o r d i n gt or e l a t i o nb e t w e e nf a u l ta i mp a t t e r n sa n dn e r v e c e n t e ro u t p u ts t a t e s ，an u m e r i c a lt y p eo ff a u l td e t e c t i n gc r i t e r i o ni s d e s i g n e d ， w h i c he n s u r e t h e r a t i o n a l i t y a n d p r o b a b i l i t y o fm u l t i c r i t e r i af u s i o n e f f e c t i v e n e s sa n d a d v a n t a g eo ft h ep r o p o s e dm e t h o di st e s t e d b ys e v e r a l e x p e r i m e n t s i i i 垄些查堂二堂壁主芏些丝苎 i no r d e rt om a k eu s eo ft h ei n d e p e n d e n ti n f o r m a t i o n ，am u l t i f r e q u e n c y b a n d sa n a l y s i sf a u l td e t e c t i o nm e t h o db a s e do ns i n g u l a r i t yo ff a u l ts i g n a l si s d e v e l o p e d f i r s t l y ， a n a p p r o p r i a t e c u b i c b s p l i n e w a v e l e t s p o c k e t t r a n s f o r m a t i o ni su s e di no r d e rt oe f f e c t i v e l yt r a n s f o r mt h es i n g u l a r i t yo f f a u l t s i g n a l t ot h em a x i m a lm o d u l ii nw a v e l e td o m a i n s e c o n d ，t h e s e l e c t e d f r e q u e n c y b a n d sf o rn e u t r a l - i s o l a t e ds y s t e ma n dc o m p e n s a t e ds y s t e m a r e s t u d i e db a s e do nt h ea n a l y s i so fa n g l e f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c s a n dt h e nt h e c h a r a c t e r i s t i cf r e q u e n c yb a n do fe a c hl i n e i nw h i c ht h em a x i m a lm o d u l ii s m o s tc o n c e n t r a t e d ，i sc h o s e na c c o r d i n gt ot h ev i e wo fm a x i m u me n e r g y w h e n t h ec h a r a c t e r i s t i cf r e q u e n c yb a n do fe a c hl i n ei ss a m e ，t h r e en u m e r i c a lt y p eo f f a u l td e t e c t i n gc r i t e r i o n sa r ed e s i g n e d ，f a u l td e t e c t i n gp r i n c i p l ei sc o n s t i t u t e d ； w h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c f r e q u e n c y b a n do fe a c hl i n ei s d i f f e r e n t ，t w o n u m e r i c a l t y p e o ff 8 u l t d e t e c t i n g c r i t e r i o n sa r e d e s i g n e d ，f a u l td e t e c t i n g p r i n c i p l e i sc o n s t i t u t e dt o o s e v e r a l e x p e r i m e n t s s h o wt h a tt h e p r o p o s e d m e t h o di se f f e c t i v ea n dp a r t i c u l a r u t i l i z i n gt h es t e a d y s t a t ef a u l t s i g n a l s ，a c h a o t i ct h e o r yb a s e ds p g f d e t e c t i n gm e t h o d i sp r o p o s e d t h eb a c k g r o u n ds i g n a l sa r em o d e l e dw i t hf u z z y n e u r a ln e t w o r k ( f n n ) b a s e do nc h a o t i ct h e o r y ，a n dt h r o u g ht h ep r e d i c t i o no f t h e f n n ，t h eb a c k g r o u n ds i g n a l i nf a u l tc a nb ef i l t e r e dt or e m o v et h e i n t e r f e r e n c eo fb a c k g r o u n ds i g n a la s5 “h a r m o n i c s t h ed u f f i n go s c i l l a t o r c h a o t i c d e t e c t i n gp r i n c i p l e i s e m p l o y e d f o r e x t r a c t i n g o f v e r y w e a k5 “ h a r m o n i cs i g n a l ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gm e t h o da s5 “h a r m o n i c p h a s ea l t e r i n g i se s t a b l i s h e d f o rs a k eo ff u s i o n ，t h i s d e t e c t i n gm e t h o di s c o n v e r t e di n t o n u m e r i c a lt y p eo ff a u l td e t e c t i n gc r i t e r i o n s t h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h e p r o p o s e dm e t h o dc a nc h o o s eo u tt h ef a u l tl i n ee x a c t l ya n dr e l i a b l y a st h ee m e r g i n go fl a r g ep o w e rs y s t e mi n t e r c o n n e c t i n ga n dt h ew i d e a r e aa p p l i c a t i o no f p o w e r e l e c t r o n i cd e v i c e st op o w e r s y s t e m s ，t h ec o m p l i c a c y o fp o w e rs y s t e m sh a v ei n c r e a s e dg r e a t l y s t a b i l i t yc o n t r o lf o rm u l t i m a c h i n e c o u p l i n gp o w e rs y s t e mh a se x h i b i t e d ac r i t i c a la n df o r m i d a b l e p r o b l e m c o n s i d e r i n gan o n l i n e a r ，g i a n td i m e n s i o n a la n ds t r o n gc o u p l i n gp o w e rs y s t e m c a nb e e q u a l i z e d a si n t e r a c t i o no fs e v e r a l s i n g l e - m a c h i n es u b s y s t e m s ， t h e r e f o r et h e s t a b i l i t y c o n t r o lo fm u l t i - m a c h i n e p o w e rs y s t e m s c a nb e i m p l e m e n t e dt h r o u g ht h ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t i n gc o n t r o lt ot h es u b s y s t e m s i nv i e wo ft h ei n t e r a c t i o na m o n gt h e m e a c hc o u p l e ds u b s y s t e mo p e r a t e si n d i f f e r e n t s t a t u s ，a n db e h a v e sd i f f e r e n t f e a t u r e s t h e r e f o r e t h ec o n t r o l s c h e m e st ot h ed i f f e r e n t s u b s y s t e m s s h o u l d d i f f e r ；o t h e r w i s e ，t h e yw i l l d e p r e s s t h er o b u s t n e s sa n d e v e nt h e s t a b i l i t y t h i s t h e s i s p r o p o s e s a 摘要 d e c e n t r a l i z e d c o o r d i n a t i n g c o n t r o ls c e n a r i ob a s e do ni n f o r m a t i o nf u s i o n t h e o r yf o rm u l t i - m a c h i n ep o w e rs y s t e m s t h ec o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： t h ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t i n gc o n t r o ls c e n a r i op r o p o s e di nt h i st h e s i si s a s ：u t i l i z i n g i n f o r m a t i o nf u s i o n t e c h n o l o g y t o i n t e g r a t e t h em u l t i s o u r c e i n f o r m a t i o nc o m i n gf r o mt h es y s t e mt oi d e n t i f yt h em o d e ln a t u r e so ft h e s u b s y s t e m s ；a n d t h e p a r t i c u l a rt y p e s o fs u b s y s t e m sa r ec o n t r o l l e dw i t ha c o r r e s p o n d i n gh 。f u z z yt r a c i n gc o n t r o l l e r d u et ot h er e d u n d a n ti n f o r m a t i o n a r ea v a i l a b l ef r o mt h ei d e n t i f i e ds u b s y s t e m s ，t h i st h e s i se m p l o y sd - se v i d e n c e t h e o r y t of u s i o nt h e s ei n f o r m a t i o n c o m b i n i n gt h eo b j e c t i v es i t u a t i o n ，t h e f r a m eo fd i s c e r n m e n ta n dt h eb e l i e fa s s i g n m e n tf u n c t i o n sa r ec o n s t r u c t e d s p e c i a l l y ，a n d t h ed e c i s i o nr u l e sf o rm o d e lc h a r a c t e r i s t i c i d e n t i f y i n g a r e e s t a b l i s h e d d i f f e r e n t h 。f u z z yt r a c i n gc o n t r o ls c h e m ea r ed e s i g n e dr e s p e c t i v e l yt o f i tt h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i co fs u b s y s t e mm o d e l s t h i st a s ka r ea c h i e v e d t h r o u g ht h r e es t e p s ：f i r s t l y ，a p p r o a c h i n gt h es u b s y s t e m sw i t has e r i e so ft - s l i n e a r i z e d f u z z ym o d e l ；s e e o n d l nd e s i g n i n gt h er e l a t e dh 。f u z z yt r a c i n g c o n t r o l l e rb a s e do nt h ed i f f e r e n tt y p e so ft - sm o d e l ；t h i r d l y ，t r a n s f o r m i n gt h e s t a t ef e e d b a c kc o n t r o l l e ri n t ol i n e a rm a t r i x i n e q u a t i o n s a n ds o l v i n gt h e s e i n e q u a t i o n sw i t h c o n v e xo p t i m i z a t i o nm e t h o dt o g e tt h ep a r a m e t e r so ft h e c o n t r o l l e r t h es t a b l e t r a c k i n gp e r f o r m a n c e s a r et a s t e d b y s i m u l a t i o n e x a m p l e s c o n s i d e r i n g t h a tt h es t a t e so ft h o s e s u b s y s t e m sm a y n o tb e f u l l y m e a s u r a b l e ，t h i st h e s i sc o n s t r u c t s f u z z yo b s e r v e rb a s e dh 。f u z z yt r a c i n g c o n t r o ls c h e m e ss p e c i a l l y e f f e c t i v e n e s si st e s t e db ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s t o o k e y w o r d s i n f o r m a t i o n f u s i o n ；p o w e rs y s t e m s ；e v i d e n c e t h e o r y ；w a v e l e t t h e o r y ；n e u r a ln e t w o r k ；d u f f i n go s c i l l a t o r ；f u z z yt r a c k i n gc o n t r o l ； f u z z yo b s e r v e r ； v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 信息融合技术概述 1 1 1 信息融合定义 学术界对信息及信息融合的定义不一，英国牛津辞典给信息下了这样一个定义； 通过各种方法可以被传递、传播、传达、感受的，以声音、图像、文字所表征，并 与某种特定的事实主题或事件相联系的消息、情报、知识都泛称为信息。出信息的 定义可知，任何一事物的任一属性的表征都表示为信息，任何一事物都含有丰富的 信息，对事物的感知，一般只是对事物某一特定信息的测量。因此反映一事物的信 息具有多样性和不确定性，测量同一事物时，可以从不同侧面反映不同的信息。在 测量事物时，一方面一个传感器可以反映事物的一种和多种信息，甚至反映多种信 息组合后生成的信息。如果测量同一事物的不同传感器反映的信息可能有部分或全 部的重叠，表现出信息的冗余性；如果测量同一事物的不同传感器反映的是不同的 信息，则表现出信息的互补性。另一方面由于传感器本身的误差、测量的误差等其 它方面的影响，导致不同传感器测量事物的同一信息互相矛盾，表现出信息的冲突 性。对测量同一事物的多传感器的测量结果互补配合、统一分析、检验其一致性、 消除信息冲突，达到正确反映事物完整的特性，并建立在对事物准确认识的基础上 进行决策和控制，这些都是多传感器信息融合技术的研究内容。因此可以给信息融 合技术下这样一个定义：信息融合技术是指充分利用多个知识源和传感器的特性， 采用各种信息处理方法，对不同知识源或传感器采集的数据按既定的规则进行结合， 提取对象的有效信息，以形成对某一处理对象信息的更全面、更可靠和更完整的描 述1 2 1 。 1 1 2 信息融合处理方法 信息融合作为多源信息的处理技术是多层次的，融合信息的层次结构可以有三 种基本融合类型，即数据层信息融合、特征层信息融合和决策层信息融合【3 卅，如图 1 1 所示。 数据层融合是最低层次的融合，在各传感器测量的原始数据未经预处理之前， 直接对采集到的原始数据进行综合和分析，然后从融合的数据中提取特征向量，并 燕山大学工学博士学位论文 进行判断识别。这就要求测量传感器是同质的( 传感器观测的是同一个物理量) 。特 征层融合属于中间层次融合，首先从传感器的观测数据中有代表性的特征信息进行 提取，再对特征信息进行综合分析和处理，形成单一特征向量，并对融合特征向量 进行识别。决策层数据融合是一种高层次融合，结合对策知识对每个数据源通道的 目标识别结果进行综合分析处理，做出综合决策。 图1 1信息融合的三种类型 f i g 1 - 1t h r e et y p e so f h i e r a r c h yo f i n f o r m a t i o n 觚i 传感器采集到的信息可分成三类：冗余信息、互补信息和协同信息。冗余信息 是有多个独立传感器提供的关于识别目标的同一特征的多个信息，冗余信息的融合 可以减少测量噪声等引起的不确定性，提高整个系统的精度。互补信息是指多个独 立传感器提供的关于识别目标的不同特征的多个信息，即感知目标的各个不同侧面， 每个特征信息都是彼此独立的。互补信息的融合减少了由于缺少某些目标特性而产 生的对目标理解的歧义，提高目标识别的完整性和正确性。在多传感器系统中，当 一个传感器信息的获取必须依赖于另一个传感器信息时，这两个传感器提供的信息 被称为协同信息。协同信息的融合很大程度上依赖于各传感器的使用时间和顺序。 迄今为止，尚不存在一种普遍的融合方法能对所有的传感器信息进行融合，一般来 说，对不同信息使用不同的融合方法。当前信息融合较成熟的实现方法主要有：经 典推理法、k a l m a n 滤波法、b a y e s 估计法、d s 证据推理法、聚类分析法、专家系 统推理法等。近年来，用于多传感器融合的计算智能方法主要包括：模糊集理论、 神经网络、小波分析理论和专家系统 5 咧等。 1 1 3 信息融合技术在电力系统中应用 1 】3 1 信息融合技术运用于电力系统的原因信息融合技术运用于电力系统主要 幂 幕 翌茬 蓦 番 蓦 甲 雾 粤 第1 章绪论 有两方面原因：( 1 ) 电力系统运行方式的不确定性，采集信息的多样性、随机性、复 杂性和关联的层次性。系统越大，则运行方式变化越多，其不确定性越大，再加上 采集信息手段受各种因素的影响，从而造成了信号的随机性和不确定性。( 2 ) 电力系 统某些概念的模糊性。如电气设备的状态从概念上讲就有很大的模糊性，故障的发 生分瞬变故障和缓变故障，在缓变故障中从设备正常到故障征兆再到故障灾害是一 个较慢的过程，这就表明了电气设备的好与坏有很大的模糊性，其间许多电气设备 的状态量的变化是连续的。 1 1 3 2 信息融合技术在电力系统中应用前景信息融合技术主要应用于电力系统 以下几个方面： f 电网运行与控制电力系统是世界上最大的人工系统，结构复杂，实时性强， 系统的故障事故和稳定破坏都可能造成巨大的社会和经济损失。电力系统故障产生 各种各样的故障特征信息，如电压降低、电流增大等，甚至伴随在故障点有声、光、 热的产生，有时导致绝缘介质的化学成分发生变化。但是不同的故障可能产生同一 个故障信息，不同的故障信息可能对应于同一故障。单一的故障信息与故障之间并 不是一一对应关系。这就迫切需要对各种故障信息进行综合处理、统一分析，以提 高故障检测的精度和可靠性，因此故障检测已是信息融合技术研究的一大主题 m 1 1 】。另外，电力系统的稳定控制需要以精确的数学模型为依托，而电力系统的实 际运行过程复杂，影响因素多，存在着各种不确定性，如负荷的波动、故障引起的 系统拓扑结构和运行参数的改变等，电力系统的模型性质要依靠多方面的信息来表 征。因此采用信息融合技术对有关系统模型的多方面的信息源进行综合处理，以提 高模型描述的精确性，为电力系统鲁棒稳定控制提供前提基础。目前随着计算机技 术、信息技术的发展，为信息融合技术在电力系统故障检测和鲁棒稳定控制提供了 广泛的应用前景。 ( 2 ) 电力设备状态监测电气设备种类繁多，结构各异，其在线状态监测项目各 有不同。由于不同电气设备的在线监测项目不同，因此要求采用各种不同形式的传 感器。采用两个或两个以上传感器在线测量将会得到更广泛的应用，而它们的应用 将涉及到信息融合的问题。 ( 3 ) 电力调度中的应用随着全国大电网的互连，我国电网的调度模式将朝着统 一调度、分级管理的模式发展。信息的复杂性和层次性问题将突出，如何减轻调度 人员的压力特别是达到准确调度，信息处理显得非常重要，信息融合技术的应用将 燕山大学工学博士学位论文 能很好解决这个问题，最终达到正确的决策。另外，随着无人值班变电站的推广， 在对电网监测和调度的基础上，调度自动化系统中增加了控制功能，即由调度人员 承担原来变电站工作人员进行的设备监测和控制工作。无人值班站的增多和通信手 段的改善将使调度自动化系统接受的信息大量增加，在这个方面，信息融合技术将 大有作为。 1 1 3 3 信息融合目前存在的主要技术问题要在我国电力系统中推广应用信息融 合技术，目前主要需要解决以下一些技术问题：传感系统的研制与管理；构建电网 信息系统、电力系统的高速广域网络与局域网络；对异构数据库建的数据倒换方法 的研究；信息融合技术与电力系统结合的理论依据与理论模型的深入分析。 1 2 小电流单相接地故障选线问题概述 1 2 1 配电网中性点接地方式 电力系统中性点接地方式可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式 【1 2 】。在大电流接地方式中，主要有中性点直接接地方式、中性点经低电阻、低电抗 或中电阻接地方式；在小电流接地方式中，主要有中性点经消弧线圈接地方式、中 性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式等。电力系统中性点接地方式是一个系 统工程问题，选择哪一种接地方式，必须充分考虑地区特点、电网结构、供电可靠 性、继电保护技术要求、电气设备的绝缘水平、过电压水平、人身安全、对通讯的 影响以及运行经验、历史因素等，通过技术经济比较，加以确定。对于1 l o k v 以上 的高压、超高压和特高压电力系统，主要考虑限制工频电压升高和瞬时过电压，以 降低绝缘水平，因此普遍采用直接接地方式。对于1l o k v 电压等级的系统来说，则 应视不同地区、国家的具体条件而定，通常仍采用直接接地或低电阻接地方式。与 高压、超高压和特高压系统相比。中压电力系统设备的绝缘裕度受经济因素的制约 作用相对较小，工频电压升高的不良影响明显降低。因此，对于l l o k v 以下的中压 电力系统，降低绝缘水平成为一个相对次要的因素，主要矛盾则转化为单相接地故 障电流的危害性、供电可靠性、人身与设备安全性，以及对通信干扰等问题的考虑。 所以中压配电网接地方式的选择比较复杂，难以形成统一的形式。典型接地方式有 不接地、经消弧线圈接地、经低电阻接地或经电抗接地。我国配电网中，6 6 k v 和 3 5 k v 电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式，3 k v l o k v 电网则以中性点不接地 方式为主，个别地区如上海以及北京、广州等的部分城市电网采用小电阻接地方式。 4 第1 章绪论 关于中国配电网中性点接地方式的发展方向，目前存在两种观点【1 3 】。一种观点 主张中性点采用以消弧线圈接地方式为主的小电流接地方式；另一种观点则认为随 着城市电缆电网的扩大，对地充电电流越来越大，使补偿该电流的消弧线圈容量非 常大，因而建议采用小电阻接地方式；甚至提出在保持供电设备现状不变的条件下， 将电网升压至2 0 k v ，并将中性点改为小电阻接地方式。总之，配电网中性点接地方 式的选择是具有综合性的技术问题，中性点不接地、谐振接地、电阻接地各有优缺 点，应结合电网具体条件通过技术经济比较确定。 1 。2 。2 小电流单相接地故障选线问题提出 在小电流接地电网中，单相接地故障对电网的威胁不大，即使是永久性单相接 地故障，电网仍允许带故障运行一段时间，而不必立即切断故障线路。由于小电流 接地电网单相接地故障电流非常微弱，以至继电保护装置从一个变电所的多条出线 中识别出哪一条线路发生单相接地故障是非常困难的。事实上采用常规继电保护装 置几乎无法检出故障线路，必须采取特殊的选线保护方式。小电流接地系统单相接 地故障保护问题是一大技术难题，很久以来没有得到圆满解决h 17 1 。国外一些中压 电网中性点不采用小电流接地方式而采用低电阻接地方式，选线保护困难是主要原 因之一。 小电流接地电网发生单相接地故障时，其它两相对地电压升为线电压，而且如 果发生间歇性弧光接地时，由于中性点没有电荷释放通路，能够引起弧光过电压， 系统绝缘受到威胁，容易扩大为相间短路。因此应尽快找到故障线路，尽快排除故 障。为了确定故障线路，传统的方法是通过装设在母线上的零序电压互感器来检测 是否发生单相接地故障，若发生接地故障，则采用人工逐条线路拉闸的方法判断哪 条线路出现故障。当故障线路被拉闸时，接地故障指示将消失，这就可以确定故障 线路。人工拉路的选线方法会造成一些用户的瞬间停电；若自动重合闸动作不成功， 停电时间将延长；拉路会对电网形成冲击，容易产生操作过电压和谐振过电压，可 能引起开关或p t 损坏；对于无人值班变电站，需远方操作，更增加了引发事故的 危险性。所以这种传统的人工选线方法即浪费人力，增加设备负担，又降低了供电 可靠性和安全性。 造成选线问题难以解决的主要原因是：第一，故障状况复杂，可能是稳定型故 障或断续型故障，可能是电阻型故障或电弧型故障；故障状况不同，产生的故障量 燕山大学工学博士学位论文 在数值上、变化规律上相差悬殊；第二，小电流接地电网单相接地故障电流仅为线 路对地电容电流，数值非常小，有些故障情况下零序电流可能低于零序c t 下限值， 测量误差较大；第三，现场电磁干扰以及零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大 作用，使检测出的故障成分信噪比非常低；第四，对于架空线路，需使用零序滤过 器获得零序电流，而零序滤过器存在不平衡电流，一次电网的不平衡也产生零序电 流，这些附加电流叠加在微弱的故障电流上，不容易分离出去。总之，选线困难的 根本原因是故障信号微弱，并受制于现有的传变测量环节的精度水平，导致各种不 利因素的影响非常严重。 1 2 _ 3 小电流接地故障选线保护研究现状 小电流接地故障选线保护问题难度系数大，生产上又切实需要解决，