基于小波变换的电力线路故障选线与定位研究.doc

电 氢 墨鱼 ： 盟 工 猩 堂 瞳奎 欣 然教 授 萄 間 日 期 ： 力 锣 年 月 日作 者 虢朽 舞年 解 密后适用本 授 权书 。 朐谝 陨舷嘤娇 蚰 诖 颉 啊獭 储 答 名： 穆辱 值导 师签名： 蒹茫 甴 针对 我 国 中 低压 电 网 的 中 性 点普 遍 采 用经 消 弧线 圈接地的 情 况， 论文 详 细 分 析了 在小电 流 接地系统 中 发生 单 相 接地故 障 时 稳 态 分 量 和 高 频暂 态 分 量 的 分 布及 各 自 的 特 点，提 取 各 线 路 零 序 电 流 后用小波包 变换 来选线 。 小波包 变换 将 不同 频率 的 故 障 信 号 划 分 到不同 的 子 频带， 根据 各 子 频带小波包 变换 系数， 计算出 暂 态 故 障 信 号 集中 的 子 频带作 为特 征频带， 然后比 较 各 条 线 路 在 特 征频带中 的 幅 值 和 极 性 ， 从而选出 故 障 线 路 。高 压 输电 线 路 发生 故 障 后， 在 故 障 点会 产 生 几 千 赫 兹 的 向 两端 母 线 传 播 的 高 频暂 态电 压 、 电 流 行 波信 号 。 针对 三 相 电 压 电 流 行 波相 互 耦 合的 原因， 采 用凯伦 布尔 矩阵 对 三相 行 波信 号 进行 解 耦 。 论文 在 小波变换 的 基 础 采 用改进的 单 端 行 波测 距 法 ， 其不受 波速 影 响 ， 提 高 了 定 位 精 度 。 根据 小波变换 的 奇 异性 检查原理 ， 可 得 知小波变换 的 极值 点对 应 着 暂 态 行 波信 号 的 突 变点， 以此 来确定 故 障 行 波及 其反 射 波和 折 射 波到 达 检测端 母 线 的 时 间 ， 然后代入 行 波测 距 公 式进行 故 障 定 位 。是 论文 的 另 一个特 色。关 键词： 电 力 线 路 ； 小波变换 ； 故 障 选线 ； 故 障 定 位 ， 琩 ， 箃 铲 衪 衑 餯 弘 巧 删 籪 行 缘悴 唤拥叵低场 本 章小结 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析 连续 小波变换 故 障 算例分析 ”第 四章基 于 小波的 故 障 行 波定 位 方法 研 究 改进的 不受 波速 影 响 的 单 端 测 距 法 一 硕 士 学位 论文 国 内 外 研 究 现状解 决 系统 运 行 方式变化 的 影 响 ， 提 出 了 远 端 馈 入 补偿算法 ， 把 解 二次 方程 的 办 法 应 用到同 时 用存 储 电 源 阻 抗的 典 型 值 来补偿阻 抗角的 变化 。 互 感 器 影 响较 大【 零 序 有 功 功 率 分 量 或 有 功 功 率 法 ： 利用零 序 电 流 的 有 功 功 率 或 有 功 分 量 在 故 障 线 路 硕 士 学位 论文 。 缺点是 故 障 信 号 微 弱 不易检测 ，线 的 零 序 电 流 在 参 考信 号 上 的 投 影 值 之 差 “。 来确定 故 障 线 路 。 若“。 大于 零 ， 则线 路信 息融 合选线 法 就 是 把 神 经 网 路 、 专 家 系统 、 遗 传 算法 、 证据 理 论、 粗 糙 理 论和 模法 ， 它对 测 量 点的 故 障 特 征量 颉 盒 颉 阈 颉 杩 埂寄 伞 省 芰 康 及 不 故 障 定 位 现状测 量 法 是 在 两端 时 间 同 步且 已 知波速 的 情 况下， 通 过 测 量 故 障 电 压 或 电 流 行 波到 达 两测 年 前 后， 有 人 提 出 了 根据 故 障 产 生 的 电 流 或 电 压 行 波来判断 线 路 故 障 类 型 的 思想 。 硕 士 学位 论文确定 故 障 距 离， 并 建 立 了 通 过 比 较 故 障 点到 母 线 的 距 离和 发生 故 障 的 输电 线 路 的 长 度 来判断 是 否 启 动距 离保 护的 方案 。 年 ， 国 内 的 一些 学者 首 先 提 出 了 由 行 波特 征来区 别故 障 距 离和 类 型 的 距 离保 护。 该 保 护系统 先 根据 故 障 行 波的 特 点确定 故 障 的 区 间 ， 若判定 的 区 间 为 正 ， 再 由 相 关 算法 计算出 故 障 距 离。 最 近 几 年 ， 我 国 学者 将 先 进的 电 子 技 术和 数学分 析工 具 应 用于 行 波故 障 测 距 ， 使 得 测 距 精 度 有 了 很大的 提 高 【 】 。 随 着 科学技 术的 高 速 发展， 快 速 数据 采 样与 信 息处 理 技 术 被应 用于 故 障 行 波测 距 ， 提 高 了 距 离保 护的计算精 度 。文 献【 】 将 单 端 行 波定 位 法 与 双 端 行 波定 位 法 结合， 给 出 了 综 合故 障 定 位 方法 ， 以提 出 一种 基 于 整个网 络 行 波信 息的 故 障 定 位 算法 ， 它为 每 个变电 站 设 置权重 ， 对 所 有 不同 路 径的 计算结果 加 权求 和 ， 得 到 故 障 点的 精 确位 置。 该 算法 解 决 了 电 网 中 某 台 行 波定位 装 置时 间 记录 不准 确或 故 障 导 致的 故 障 定 位 失败 问 题， 可 靠 性 高 ， 鲁 棒 性 强 。 文 献 提 出 一种 基 于 希尔 波特 一黄 变换 的 混 合线 路 单 端 行 波测 距 法 ， 对 故 障 行 波波头的 识别 很精 确， 故 障 定 位 精 度 高 。 硕 士 学位 论文 中 性 点接地方式介 绍中 性 点经 消 弧线 圈接地就 是 通 常 所 说的 谐振 接地。 当 系统 发生 单 相 接地时 ， 消 弧线圈中 的 感 性 电 流 与 电 网 的 接地电 容电 流 方向 相 反 ， 相 互 补偿后使 得 流 过 故 障 点的 接地电流 显著 减 小， 残 流 流 过 时 电 弧容易熄灭。 其次 ， 电 感 的 存 在 降低了 电 压 的 恢 复初速 度 ，延长 了 故 障 相 电 压 的 恢 复时 间 ， 且 限 制 了 恢 复电 压 的 最 大值 ， 在 一定 程 度 上 抑制 了 接地电 弧的 重 燃 ， 达 到 彻底消 弧的 目 的 。 另 外 ， 中 性 点经 消 弧线 圈接地系统 还 具 有 人 身 设 备 第 二章小电 流 接地系统 单 相 接地故 障 分 析 稳 态 分 析中 性 点不接地系统 最 简 单 的 配 电 网 络 如图 所 示 。 三 相 对 称线 路 每 相 对 地电 容为 砜 叽 一只 由 上 式可 知零 序 电 压 大小等于 系统 正 常 运 行 时 的 相 电 压 。 流 向 大地的 电 容电 流 也 为 零 ， 而此 时 从 嘟拥氐 懔 飨 駻 相 的 电 流 为 非故 障 相 的 电 容 电 流 之 和 ， 其大小为 厶 ， 由图 可 知， 其有 效 值 为 辌 ， 为 相 电 超 过 保 行缘阋 W吧 柘 吒 。 中 性 点经 消 弧线 圈接地系统 与 中 性 点不接地系统 发生 单 相 接地短路 故 障 时 零 序 电 流 的 流 向 和 无 功 功 率 的 分 布是 相 同 的 ， 唯 一不同 的是 在 接地点又 流 过 了 一个零 序 电 感 电 流 ， 其流 向 是 从故 障 接地点流 向 经 消 弧线 圈接地的 效 电 容。 图 可 以明显看 出 接地点的 电 流 由 暂 态 电 容电 流 和 暂 态 电 感 电 流 叠加 而成。 荡及 衰减特性 ；当鲁时， 则回 路电 流具 有非周期 性 的 振荡衰减特性 ， 并逐渐 趋荡 频率 一般 为 玪暂 态 电 容电 流 怯晒 滴榷 至俊 旰驮 萏 杂烧 鸬 捶至 组 成的 ， 由 ！ 辌 上 式中 叶 是 暂 态 自 由震荡 分量 的 角频率 ， 痳 厶为 自 由震荡 分量 的 衰减荡 衰减 较 快 ， 反 之 则衰减 较 慢 。 由式 梢钥 闯 觯 时 自 由震荡 分量 毫 最小，电 容电 流 的 自 由 震荡 分 量 幅 值 最 大， 其值 为 ：当故 障发生 在 电 压 为 零 剩簅 保 趂 ： ；时出 现， 这 时电 容电 流的 暂 态自 由震 硕 士 学位 论文第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析在 小波分析中 ， 经 常分析的 函 数空间 为 。 指月 上 平方可 积 函 数构成的函 数空 间 ， 即 协 把 它带入 式就 可 以得 到厂 七杪肚 苢 吒龋 当 ， 专 时 ， 上 式变为 引入 的 偕琛 和 分别 是 正交尺度 函 数和 小波函 数， 现将它们 分别 作 如下定 裂 稹 ， 再 定 义 以此 函 数为 基 函 数所 张 成的 函 数空 间 为叼 。 。 樱 ， 一七 荒 帷蕑， 丁蕑设 酊 叼 是 厂 诘鸬 耐 队 埃 騡 ； 可 表示为 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析 小波包 故 障 选线 原理图 小波包 故 障 选线 流 程 图 对 采 样得到 的 信 号 进行小波包 变换 后， 得到 小波包 变换 的 树 结构， 然后用、 硒产 ， ， ；采 样频率 为 ， 也就 是 说可 以识别 的 最 大频率 为 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析 建 立 仿真模型和 元 件 库 中 根据 需要 选择 元 件 建 立 如图 所 示 的 模型 【 】 。 仿真模型网 络 如图 所 示 。 二二 】 痥 ， 频率 。电 阻 为 绺形 。 变压 器 参 数采 用标 幺值 表示 ， 额 定 容量 和 频率 分 别 为次 绕组 额 定 线 电 压 、 电 阻 和 电 感 分 别 为 】 ， 其它为 默 认 值 【 】 。感 性 无 功 功 率 为 接地模块 设 置为 喽 搪方拥兀 拥厥奔湮 狾 ， 测 量 项选短路 电 压 和 短路 电 流 ，其余 为 默 认 值 。 万 能 表把 三 相 接地电 压 添加 到 测 量 组 。示 波器 中 采 样时 间 设 为 ， 即采 样频率 为 。 前 的 对 勾 ， 前 打 对 勾 ， 变量 名称依自 己习 惯 设 置，变量 存 储 形 式选 。 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析 各 线 路 子 频带小波包 变换 系数用能 量 直 方图 表示 如图 所 示 ： 凳 ： 藕 拧 图 故 障 线 路 的 三 相 电 压 波形 用 小波函 数对 信 号 作 尺度 分 解 ； 图 各 线 路 禹 频系数重 构图 读 取 小波包 节点 ， 的 系数 域 出 该 节点系数的 小波包 分 解 图 形 疞 凳 ； 藕 拧 ，图 飨 呗 穌 小波包 分 解 结果 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析解 程 序 为 ： 凳 ； 藕 拧 卜 ， 接地电 阻 小波包 分 解 结果 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析：， 肛 一 痳 第 三 章小波包 故 障 选线 原理 及 仿真分 析由 电 弧重 燃 造 成的 ， 但 不影 响 故 障 的 线 路 的 判定 。 ， 中 的 变换 图为 ： 总 的 来说， 小波包 分 析故 障 选线 就 是 对 故 障 后各 条 线 路 的 零 序 电 流 进行 小波包 变换 ， 根据 特 征频带内 各 条 线 路 的 小波包 变换 模极 大值 的 大小和 极 性 来判断 故 障 线 路 。 实验 证明小波包 故 障 选线 法 具 有 较 强 的 抵御 外 界 干扰 的 能 力 ， 能 够可 靠 准 确地选出 故 障 线路 ， 不受 接地点电 阻 大小的 影 响 ， 在 电 压 为 不同 初相 位 发生 短路 的 情 况下都具 有 较 高 的选线 准确率 ， 充分 体 现了 小波包 分 析在 故 障 选线 中 的 优 势 。 第 四章基 于 小波的 故 障 行 波定 位 方法 研 究笔 窘划 嘉 筹 枷亭在 三 相 无 损 均 匀 换 位 线 路 中 行 波波动方程 为 ：拶 掰口 和 式用矩阵 表示 可 写 为由于 矩阵 【 三 汀綾】 存 在 非对 角元 素 ， 即三 相 电 压 电 流 之 间 存 在 相 互 耦 合关 系， 给 求解 电 压 和 电 流 带来了 困 难 。 利用坐标 变换 可 以把 相 空 间 变换 到 其它坐标 空 间 ， 也 就 是 俗 第 四章基 于 小波的 故 障 行 波定 位 方法 研 究 【 亢 汀綫 】 为 电 压 和 电 流的 相摸变换 矩阵 ， 将他 们 带入 式 和 可 得 一掣 掣此 时令【见】 緎】 【工 】 【 俊 緎】 、 【皿 【 俊 【三 綾】 【 浚 颉 炯 亢 汀 】 均 为 对 角矩阵。常 用的 相 摸变换 矩阵 为 凯伦 布尔 变换 矩阵 ， 其变换 矩阵 为 厶争瑚 等 捍 把 求 解 可 得旦鹕丝鹕生蝎嵋一蝎图 行 波测 距 原理 图 路 全长 为 收闲胁 状 未 侥赶 進和 氖 奔浞 直 鹕栉! 汀 琈 端 母 线 反 射 波经单 端 测 距 公 式为双 端 测 距 公 式为 上 式把 尺度 ， 和 李 氏 指数 O灯 鹄戳 耍 梢源 又 锌 闯 龅盿 是 ， 小波变换 模值值 点， 所 以论文 采 用比 具 有 更好 对 称性 的 担 渚哂衏 ，在 实 际 的 电 力 系统 中 ， 由 于 投 切电 容器 、 分 布电 容的 相 互 干扰 、 电 磁耦 合、 平行 线 ； ， ： ， ； 加 入 噪 声 胄藕 拧 ；图 小波分 析去噪 图 本 章小结 舱 蓦舞 ， 岛 一 弧 乞 ，毛 ， 行 波波头的 识别 由 于 本 章的 仿真模型 属 于 第 二类 母 线 ， 所 以如果 初始 行 波极 性 为 正 ， 则故 障 点反 射波极 性 为 负 ， 经 故 障 点折 射 后的 对 端 母 线 反 射 波为 正 。 这 对 于 正 确地识别 行 波波头和 准确定 位 是 非常 重 要 的 。 仿真分 析 元 件 库 中 根据 需要 选择 元 件 建 立 如图 所 示 的 模型 。网 三图 行 波测 距 仿真模型升 压 变压 器 额 定 容量 设 为 ， 一次 侧 脱共 为 三 角形 连接， 额 定 电 压 为 第 五章基 于 小波变换 的 行 波测 距 仿真分 析 痩 ， 正 序 电 容和 零 序 电 容分 别 为功 功 率 为 ， 容性 无 功 功 率 为 。障 电 流 ， 万 能 表中 把 故 障 电 流 添加 到 测 量 组 。存 储 形 式选岫 。 ， 起 始 时 间 为 甇 型 选 向 甋 琒 ， 其余 为 默 认 值 。点击 仿真运 行 按钮， 运 行 结束后， 与 示 波器 波形 相 对 应 的 变量 就 被储 存 到 了 工 作 空间 。 为 方便 起 见， 设 示 波器 的 变量 名为 杂谙 嗝 浠 缓蟮 腶 线 模量 ， 电 源 端母 线 处 的 电 流 和 电 压 变量 命 名为 和 抡 娼崾 螅 隺 线 模量 图、 用第 四章介 绍 由 图 和 图 可 知， 喽 搪肥 保 赶 叽 相 电 流 逐 渐 增 大， 电 压 逐 渐 衰减 至零 附 近 。 接下来对 去噪 后的 仅 线 模量 进行 小波变换 以确定 行 波波头时 间 ， 其程 序 如下： 夹 藕 拧 ； ； 提 取 各 尺度 高 频系数硼， 琹 ， 唬 胠尺度 高 频信 号重构信 号 ； ； 痙 毓 剐藕 拧 ； 第 五章基 于 小波变换 的 行 波测 距 仿真分 析图 可 以看 出 图 中 出 现了 一些 极 值 点， 为 了 更清 楚 地看 出 极 值 点的 位 置 ， 要 对 图 形波、 经 故 障 点折 射 的 对 端 母 线 反 射 波到 达 检测 点的 时 间 分 别 为 ： 由 波速 计算公 式得 输电 线 路 口线 模量 波速 为唾 锄 蟆!;鱂 抗恪!岳 而!獅 喽 条 煸 舌 号 和 备 层局频糸 致放 大图在 本 例 中 由 于 故 障 点距 电 源 端 母 线 饬 慷 四赶 远 ， 距 负 荷 端 母 线 近 ， 所 以经 故 障的 故 障 点反 射 波到 达测 量 端 母线 的 时 间 ， ： 。所 以在 该 故 障 算例 中 各 故 障 波头到 达 检测 端 母 线 的 时 间 分 别 为 ：故 障初始 行波： ， 罟 膕故 障点反 射波， 警 膕相对误差 为： 等由 改进的 单 端 行 波测 距 公 式 可 得 故 障 距 离为 ”呵胰骸!3驳胬铩 瞥 感蜕 猨 ： 砌三 喽 搪穌 小波变换 图 第 五章基 于 小波变换 的 行 波测 距 仿真分 析广 广 !猒!猅 厂 恪!猐反 射 波、 经 故 障 点折 射 的 对 端 母 线 反 射 波到 达 检测 点的 时 间 分 别 为 ：由 改进的 单 端 行 波测 距 公 式 可 得 故 障 距 离为 !A嚎恕 !A憾： 薠裃型一一了 砌 ， 竹 薹。 一一 一一一一 一摹 。 卜 !猯 一 贰! R弧灰 灰 灰 灰 灰 灰 灰 灰 弧!。 尽!猯 !#!#!猯 !#!狫嗡二二二二二二二： 二二二二二二二二二二二二二 喽 搪穌 小波变换 放 大图 第 五章基 于 小波变换 的