配电线路短路故障的暂态分析

PAGE7PAGE配电线路短路故障的暂态分析及诊断PAGEPAGE7摘要随着中国工业的逐步现代化，智能化，电力工业也步入了一个新时代的阶段，以特高压、全智能，整个范围覆盖为首要特色，供电系统的可靠性，对我们的生活起着十分重要的作用。电力系统的组成，主要包括几个方面，变压器、输电线路、发电机和负载等为主要部分，而电力电网，则由前两部分组成。提高输配电线路故障把控精度，是电力系统分析的重要研究工作，准确的故障定位，对迅速恢复网络，具有重要价值。电力系统，能否稳定安全运行，大部分，决于输配电线路的运行，能否保证平稳工作。因此，对输配电线路的完好传输，进行加强保护，尤其是对线路网络中，出现的各种类型的接地故障，应要给予及时地处理，以免损坏电力网络，使各部分正常工作，这一直是，安全稳定运行电网的重要一步。本文以小波分析，为主要方向，分析了小电流接地系统，发生接地故障时，电压电流等的暂态性征，对配电线路故障检测，与故障定位进行了研究。在MATLAB仿真软件上，通过仿真得出的波形，与国内外专家研究的故障理论，进行分析对比，搭建小电流接地的仿真模型，以仿真不同故障类型中的，零序电流、电压，作为主要的研究对象，本文搭建的电力系统模型，能够较为准确地，模拟各类故障状态下的，线路运行状态。基于Matlab/Simulink环境，搭建输电线路模型，进行仿真，成果表明，小波变换是有作用的，它可以准确提取行波，波形及其产生错误的时间。查明了，该部分的故障暂态进程,针对电力网络中，傅里叶变换，和短时傅里叶变换的缺陷，进行了理论研究，和模拟仿真。使用Matlab搭建一种输电线路的模型，采用已知的故障数据相关参数进行研究。总结了目前配电线路故障，检查的方法,针对行波测距方法，这种的关键问题，和故障时间的准确查寻,提出了利用小波变换，来检查和分析，故障暂态信号的方法。关键词：输电线路；小波分析；电力系统；故障测距；短路故障ABSTRACTWiththegradualmodernizationandexplorationofChina'sindustry,theenergyindustryhasenteredanewerainwhichthemaincharacteristicsareultra-highvoltage,fullintelligenceandfullcoverage.Reliabilityofthepowersystemplaysaveryimportantroleinourlives.Importantrole.Thepowersystemmainlyconsistsofseveralaspects,transformers,powerlines,generatorsandloadsarethemainparts,andthepowersystemconsistsofthefirsttwoparts.Improvingtheaccuracyoffaultmonitoringintransmissionanddistributionlinesisanimportantresearchworkintheanalysisofthepowersystem.Accuratefaultdetectionisessentialforquicknetworkrecovery.Thepossibilityofstableandsafeoperationofthepowersystemlargelydependsontheoperationofpowertransmissionanddistributionlinesandonwhetheritcanguaranteeuninterruptedoperation.Thepowergridsystemoperatessafelyandstably.Improvingthefaultlocationaccuracyoftransmissionanddistributionlinesisanimportantresearchtopicinpowersystemanalysis.Accuratefaultlocationisofgreatvalueforrapidrecoveryoffaults.Inthispaper,waveletanalysisisusedasthemaintooltostudytransmissionlinefaultdetectionandfaultlocation.Transientcharacteristicsofelectricquantityduringgroundfault.Thefaultinthelowcurrentgroundingsystemisanalyzed.In-depthstudyofthetransientcharacteristicsofvariousshort-circuitfaults,analysisofdatachanges,andanalysisanddiagnosisofwhichshort-circuitfaults,throughsoftwaresimulationtoachievethealgorithm.UseMatlabtobuildamodelofthetransmissionline,anduseknownfaultdatarelatedparametersforresearch.Voltageofdifferentfaulttypes.Thewaveformsobtainedbysimulationareanalyzedandcomparedwiththefaulttheoriesstudiedbyexpertsathomeandabroad.ThepowernetworkmodelIbuiltcansimulateveryaccurately.BasedontheMatlab/Simulinkenvironment,thetransmissionlinemodelisbuiltforsimulation.Thefaulttransientprocessofthesystemisfoundout..Powernetworkdistributionlinefaultcheckchanges.SummarizesthecurrenttransmissionlinefaultlocationmethodThekeyproblemandthepreciselocationofthefaultmoment,amethodtodetectandanalyzethefaulttransientsignalusingwavelettransformisproposed.Thepracticalproblemssuchaswaveletbasisfunction,wavelettransforminitialdata,travelingwavevelocityandotherproblemsintheapplicationofwavelettransforminfaultdetectionandrangingareanalyzed.Keywords:transmissionline；waveletanalysis；powersystem；faultlocation；shortcircuitfault 目录 摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ目录 IV第1章29079绪论 1288811.1课题背景及研究的意义 11.1.1课题背景 11.1.2课题研究的意义 2288811.2配电线路故障分析的研究现状 385941.3本文完成的主要工作 585941.4系统框图 630162第2章配电线路短路故障分析 744762.1配电线路故障 7288812.2配电线路故障类型及其特点 72.2.1接地故障 72.2.2短路故障 72.2.3线路超负荷故障 82.2.4断路故障 885942.3配电线路短路故障类型 82.3.1三相短路 92.3.2两相接地短路 92.3.3两相短路 102.3.4单向接地短路 1030162第3章小波理论 1244763.1小波理论分析法 123.1.1小波理论简介 123.1.2离散小波变换 123.1.3连续小波变换 1344763.2信号奇异性检测理论 13288813.3基于小波变换的电路故障特征提取 1430162第4章仿真实现 1744764.1仿真软件简介 1744764.2仿真数据 1744764.3仿真平台的构建 1844764.4仿真平台的基本框架 1844764.5故障波形仿真 194.5.1单向接地短路 194.5.2两相接地短路故障 214.5.3两相短路故障 224.5.4三相短路故障 2320848结论 251063参考文献 2620984致谢 27 PAGEPAGE7绪论1.1课题背景及研究的意义1.1.1课题背景在社会经济大幅度提高的这个时代，对电能的需求已大大增加。在这种情况下，电力系统发展迅速。在电网结构中，配电线路位于整个网络的末端，直接与用电客户连接，在电网结构中起着重要的作用[1]。在配电线路运行中，故障问题比较普遍，影响故障发生的因素也是很多。做好分析和处理配电线路故障方面的问题工作对我们来说是非常重要的。目前，此类问题更是受到越来越多的关注，在维护配电线路的安全运行中起着重要的作用。它不仅可以降低大修成本，而且可以促进设备寿命的提高，并保持电力公司的持续长期发展。因此，必须注意对配电线路运行故障的分析，制定有目标性的维修措施[2]。对于人们用电的问题，最重要的是确保电路的平稳运行，但要注意可能出现的问题和故障。实际上，原因也来自多个方面：其中，可能是因为电路本身存在某些问题，或者其所处的环境可能会对电路造成一定的损害，也可能是人为造成的。由于问题的原因不同，因此产生的情况也不同。可能会出现短路或短路问题，因此非常有必要调查问题，以便在解决电路时，它不会变得很迷糊，并且还可以使故障的解决变得更加简单。此外，如何查找故障也是最重要的问题之一，因为只有我们能够及时发现问题，您才能进一步找到原因，然后才能很好地解决问题。只有这样，我们才能更好地保护居民的用电量。配电线路是供电系统的核心内容，为供电系统的正常运行提供安全保障，并满足各个领域的用电需求。在现代社会的发展中，无论是在繁华的城市街区，密集的商业区，甚至在偏远的山区，它都离不开电力资源。输电线路作为我国电力系统的重要组成部分，直接影响着供电质量。电力线路在传输电能时非常脆弱。不管什么样的外力或人员某些操作方式的不当造成的任何损坏，都可能导致我们所处环境的大范围停电，甚至破坏整个电力网络，严重损害社会经济,和人民的正常生活。因此，对在线检测,和电力线诊断方法的侦测,对于消除任何小错误，恢复工作的正常运行,以及维护我们的安全,保护利益都必不可少，很重要。国内外关于停电检测与诊断的讨论很多,但有关配电线路这一范围却是很少，与独立故障诊断有关的，故障诊测与定位越来越受到大家的重视。已经有的监视和定位设施，不能实时实地控制配电线路的运行条件，并且，它们也是不能有效地检测和诊断，短期故障，以及具有不重要特性的高阻抗故障。如果不能及时解决配电线路中的某些前期故障，则它们很可能会短路，从而影响电力网络整体的正常运行。因此，分析配电线路故障这一课题，是非常必要且有着非凡的意义的。1.1.2课题研究的意义作为电力网络运转的主要途径，输配电线路，是电厂与我们的居民，之间的重要联系。由于它大部分都暴露在户外，因此一年四季都暴露在风和阳光下，因此它是电力网络里，最容易发生问题的那一个部分，而且很难找到。当线路发生故障后，可以在十分短的时间内清除故障线路，并快速而准确地找到故障发生的精确位置。为了及时维修，快速完成供电，以及对整个系统的安全运行，都起着十分重要的作用。因此，输电线路的故障查找与诊查该研究已完全完成，并且现场已经有了，整套设备，这些设备，在电网稳定工作中，起着很大作用。正在进行的研究，还旨在确保配电网络中，电源的可靠性。配电网络，是直接连接到居民用户的，在电力网络的末端。它的操作安全性，可靠性和成本效益，直接关系到社会生产，和人们的生活。至于配电线路，由于其故障机理的特点，关于配电线路故障的诊察，和诊断的研究，还不是很快，但与配电线路相比，配电线路的故障，直接影响了输电线路的功能，还有能量传输。如果分销网络失灵，将会导致，社会生产的巨大损失，给人们的生活，带来极大的不便。它可以敏感地反映这些工作，比如用户对能源安全，和质量的要求。以单相接地故障为例，发生故障后，其他两相的接地电压，将上升到电源电压。容易造成，绝缘环节薄弱的故障，并危及电力系统的安全运行。因此，对配电线路进行故障检测和诊断分析在电力系统稳定运行中起着关键作用。配电线路的故障检测与分类主要基于以下分类方法：一是针对小波变换这种方法。小波变换，是一种具有频域和时域某一部分信号的特性，是一种标度时间的研究方法，小波变换的应用在这一领域有很多研究，非常适合配电网络的故障查找和定位。第二是，基于人工神经网络方法。人工神经网络，主要用于解决输入输出之间，不确定性对应的问题。从本质上讲，它是通过训练样本，在输入和输出之间，找到一种不确定关系，以建立输入不确定，和输出要素之间的对应关系。第三种是，基于故障电流，和电压幅值的研究方式。此种方法，利用故障发生后，三相电压，和电流的变化，来确定错误的位置[3]。此种方案对小电阻故障查找有显著作用，但是由于高电阻故障，接地电流通常很小，并且这些方法不是很有效。国外学者对该方法进行了改进，提出了，比例继电保护算法，并将故障三相电流不平衡特性，作为检测高阻故障的算法。小波变换具有表征信号，在时域和频域的某一部分性征，以及多分辨率研究的特别性征。当电力网络线路出现问题时，小波变换，可用于查找研究错误信号。检查错误信号，并及时提取错误信号的特征，发现并判断故障的发生，为输电线路检查工作提供及时，准确，可靠的信息，使复杂的人工线路检查负担，得以减轻，减少了发现传输线故障的时间，并且可以快速地处理产生错误的线路，在最短的时间内恢复供电,将因停电造成的各种经济损失降低到最小。1.2配电线路故障分析的研究现状传输线负责电能的传输，是整个电源网络的生命线。识别方法的研究在相关领域取得了许多成就。通过开发继电保护算法和设备，结合数字信号处理技术，许多学者已经将配电线路短路故障的诊断和分析应用综合起来，在配电网故障诊断中发挥了非常重要的作用。到目前为止，传输线故障定位方法有很多分类。根据故障定位所需的信号源，从传输线的两端导出双端定位和单端定位的电信号，而单端定位方法的电信号则来自传输线的一端，传输线。根据线路故障定位的原理，可将其分为两类：故障分析法和行波法[4]。过去，卡尔曼滤波方法和傅里叶变换已用于提取瞬态行波头。但是，它对故障信号的实时处理能力较差，不能准确，及时地提取行波波头信息，极大地影响了故障定位的准确性。近年来，随着检测技术的进步，行波方法已经越来越广泛地被使用。变压器和故障点等多次折射后，行波具有明显的失真和衰减。传输线故障的行波信号如果是高频临时状态信号，则错误距离越短，瞬态行波信号的频率越高。使用传输线瞬态行波检测和定位故障的概念最早于本世纪提出，但其研究始于该世纪末，并在该时代达到顶峰。然而,由于各种现有条件和站点的条件限制,基于行波传输线路,故障诊断和定位搜索,也没有得到进一步发展,大大减少了人们的研究热情,甚至很长一段时间之后,研究方向是低潮。尤其是近十年来小波理论发展起来的数学工具极大地提高了提取效率。基于小波理论的输电线路故障检测与定位研究具有广阔的工程应用前景[5]。实际上，小波变换，是提取故障信号时频特性的常用方法。例如，当前的小波变换系数可以用作故障分析的属性值。尽管小波分析系数包括许多故障条件，但大量数据也存在问题。因此，有必要正确处理小波系数，然后提取更简洁的故障特征，这不仅有利于分类器械的设计，也提高了分类器的精度。故障分析的关键是故障特征的选择和提取。特征量的好坏将严重影响最终的选线结果。本课题的主要研究思路是首先对线路中的，原始暂信号进行第一处理，提取出能够表达故障的信号，最后利用方法对参数量进行分析。然后，选择基本的小波函数，并在MATLAB中，对小波工具包，进行建模，表明该算法，可以更有优势，更有效地，提取故障能量的值，并且还知道，不同故障的能量值，存在多大差异。由系统模型建模的电流，被分为多层小波包。通过分析，提取每个连续频带的值，并利用小波包的特点，和智能算法，识别传输线的损伤线。根据故障时，电压的时频特性，利用小波包变换，分析低频高频，两组故障信号，识别具有不同特点故障的传输线。当前，国内外专家和科学家，已经进行了许多的研究，关于识别故障症状的方法。他们将对象的参数分为三类。在提取时频特性时，由于提取方法的不同，人们提取的故障症状，也会有所差别。以分形理论，作为故障分析的特征方式，计算出暂态电流值。使用故障的瞬态信号，作为故障的函数。定位距离，作为故障分类的特征值，可以得到较好的分类结果。在故障信号处置方面，小波包比传统的小波变换具有更好的时频特质。1.3本文完成的主要工作本文是小波理论分析在电力网络传输线路的故障检测，与测距中的应用研究项目。我的主要工作是，简要介绍了小波分析的基本理论，总结了小波分析的发展进程，以及此种理论在国内国外研究成果的现状。目前的研究现状是，分析了电力网络故障的暂态过程，总结了输电线路故障的已经有过的定位方法。并着重研究，行波故障定位方法的关键问题，即故障时间的准确查找。理论分析并且采用仿真研究了傅立叶变换，在电力系统输电线路故障时刻的准确查找中的不足。接下来，使用MATLAB软件生成各种短路故障的模型。然后，应用小波变换，计算故障诊断时间。本文所要完成的主要内容包括以下几个方面：掌握输配电线路各种故障的类型及特点。使用Matlab搭建一种输电线路的模型，采用已知的故障数据相关参数进行研究。确定算法中的相应参数；掌握相应优化原理及方法。调试电路并编写程序；实现具体技术算法。1.4系统框图图1-1系统框图Figure1-1Systemblockdiagram

第2章配电线路短路故障分析2.1配电线路故障在电网系统运行的过程中，配电线路直接与用户相连接，因此是整个电网结构中的重要组成部分，但由于各种因素的影响，配电线路极容易产生运行故障的发生，严重者会导致电路安全事故的发生，因此在电网系统运行过程中应加强对配电线路运行故障进行分析，并及时采取相应的检修措施，以确保供电过程的安全与稳定推进电力系统更加完善[6]。2.2配电线路故障类型及其特点2.2.1接地故障工作接地，和保护性接地，是电路运行过程中，最常见的，两种接地方法，其中工作接地的主要目的，是保护电路运输作为保证，防止电路运输期间，电压不稳定等。问题是为了为电路稳定性，创建保护屏障，在整个电路传输过程中，如果接地电路，存在任何问题，将会对我们的人员和电路，造成一定程度的损坏，因此对其进行的检查并非疏忽大意。例如，必须使用具有合格接口，和防护罩的管线，以减少由于事故，而对基础设施造成的损害；对于架空输配电线路，请注意头顶的位置，以尽可能避免茂密的树木，避免暴雨大雨造成线路。刮伤树木，并损坏电线表面以引起接地，或者可以更改电线的绝缘层，由于以较低的速度，消除了接地故障，以增加电线的安全性。并且保护接地，与它有很大的不同，其目的是保护我们的人员，免受伤害，因为在我们的员工，工作期间，不可避免地，会遇到一些金属物质，直接接触，因此保护性接地，可保护人员并防止触电等问题。因此，在配电线路的建造过程中，我们必须充分考虑，可能导致接地故障的条件，提前采取预防方法，避免接地故障。2.2.2短路故障我们的工作经验表明，单相短路故障，是输电线路中最多，最恶劣的故障。两相短路分为直接接地短路，和不直接接地短路。相对于同一点，在运输电路的过程中，最普遍的问题是，电路短路的问题，而且这个问题也不容易把握。如果电路短路，影响也很大。一般来说，电路之间，通常是绝缘的，因此没有短路问题。但是，如果电路的绝缘体有问题，则电路短路的可能性，将呈线性上升，并且当连接电路时，工作人员，会在安装有问题的情况下，引起故障。电路短路，因此在检查电路时，工作人员会更加注意，电路短路问题，以防止漏掉，更重要的问题。短路是指，电力系统正常运行状态，以外的各相之间或，各相与地面之间的短路。所谓传输线短路故障，是指在线路运行过程中，两点不同电位的短路，导致线路无法正常运行。2.2.3线路超负荷故障由于雷电电压过高，线路无法承受故障。为此，必须采取足够的防雷措施。减少雷击对线路的危害。在众多的防雷措施中，最有效，最经济的方法是，安装避雷设备，但是避雷设施，不是一成不变的，应根据地形，该地区的一般天气，和环境等因素，适当调换避雷设备。在电路传输过程中，也可能出现过载故障，过载就是，电流量太大，因为什么都有自己的极限，电路也不例外，如果电流超过极限，就会造成过载故障。一般来说，导线的粗细，与它可以承受的电流成线性关系。因此，在传输电能时，必须注意，其承受的范围，以防止电流过高。引起故障。就自然因素而言，雷击，是导致线路故障的因素之一。配电线路分支的位置；也可以通过，提高瓷质卧式储罐的，额定电压，来减轻雷击，但应注意，应使用专门的焊接工具，加固储罐的铁框架和钢筋。2.2.4断路故障输电线的断路故障，指线路在不正常情况下，发生某一部分的断开，导致线路中的电压，不能在线路中正常工作，从而产生的故障，比如导线分裂、接触不好等。2.3配电线路短路故障类型电力系统短路故障，主要可以分为，两相短路接地、单相短路接地、单相短路、两相短路、三相短路等类型，基本上短路故障，都不是对称的。其中单相短路接地故障是中性点直接接地系统最为常见的故障类型，基本上六成系统故障，都是这种。两相短路接地故障占到两成左右，其次是两相、约为十分之一，三相短路故障的发生概率最低，只占到极少。2.3.1三相短路通常，三相短路，可分为三种类型：三相全短路，两相短路和单相接地短路。三相接地短路故障：如果是金属接地，则三相电压为零，或接近零；如果是非金属接地，则三相a，b和c的电压大于零，但小于相电压。短路故障，主要是指在电力系统中的某个点，三相a，b和c的零电抗和零电阻直接连接。在这种情况下，将产生巨大的，瞬时破坏电流，这具有很大的破坏力。严重危害电源操作系统。图2-1三相短路电路图Figure2-1Three-phaseshortcircuitdiagram2.3.2两相接地短路这类短路主要是指，AB和C，同时直接接地，两相接地短路故障，如果是非金属接地，则故障相的电压，大于零，但小于相电压，则非故障相的电压，大于相电压，且小于线电压。如果是金属接地，则故障的电压为零，或接近无穷小，非故障相的电压升高，该电压大于相电压，且小于线路电压。三相交流电源系统中，两相线在地线相等，简而言之，即三相交流线中的AB，BC或AC线。图2-2两相短路接地电路图Figure2-2Two-phaseshortcircuitgroundingcircuitdiagram2.3.3两相短路两相短路故障：短路时，非故障相电流，为无穷小，两个故障相的电流大小相等，方向相反。如果是两相金属短路，则两个故障相的电压也相等，这种短路主要是指，通过低阻抗，或直接通过导电金属接触，任意其中两相线，原理图如图2-3所示。图2-3两相短路电路图Figure2-3Two-phaseshortcircuitcircuitdiagram2.3.4单相接地短路单相接地短路故障：如果是金属接地，则故障相的电压为零，或接近无穷小，这种短路，主要是指只有一条相线，并且地线变为相等电位，即相线的电位为零。非故障相的电压升高，直到线电压，或接近线电压；如果是非金属接地，则故障相的电压，大于零但小于相电压，非故障相的电压，大于相电压，且小于线电压。图2-4单相接地短路电路图Figure2-4Single-phasegroundshortcircuitdiagram单相接地故障，其特点为：发生故障的那一相，他的电压远小于其他两相接地电压。故障相的电压增大十倍仍比接地小。非故障相的电压，可以视为接地故障的单相标准。本章小结：本章模拟了短路故障常见类型的电路图，对比了各种类型的特点，为之后的仿真工作奠定了基础。之后的分析里可以根据以总结的特点进行对比，验证仿真的准确性，以及小波方法的可行性。第3章小波理论3.1小波理论分析法3.1.1小波理论简介小波分析是新的分析方法。近年来发展起来的，一种时频方法。它主要用于图像处理，信号分析。因为它属于数学领域，所以它结合了数学思想，展现出色的方式。例如，线分析，数值检测，傅立叶变换，功能处理，谐波展现等。结合项目的实际时，可以选择小波分析，实践的成功，也对小波理论，起到促进和发展的作用，理论与实践相结合，可持续发展[7]。由于小波分析优越的方式，解决了大量问题，尤其是在工程领域里，而200多年的即时分析，却无法立即处理，因此它显示了巨大的功能性。小波分析，具有定位特性（ocalizationnatuer），是时间频带分析，在时间频带方面十分优越。它这种方法，可以基于不同频率成分，在信号的处置时，使用渐进式时间细分，或频率场方法，然后可以对信号的任何一处，进行聚焦和诊断，因此还有个美称，叫“数学显微镜”。它可以根据信号的不同频率成分，主动变换采样密度，在时域和空域这些方面：高频率时密度大；高频率时密度高。当频率低时，它很密集。基于这些优良特性，和功能的任意细节，可以分析信号和图像，有良好的观察。因此，在工程应用中具有优势，例如信号和重建，拆分信号和噪声，特征提取，数据压缩等，而这些正是转换的结果。3.1.2离散小波变换从应用开始，离散小波变换（DWT），广泛用于测量，在生活中处处可见，比如概率论，和物理学，这种学术领域，还有化工，医疗诊断，这种基础设施，甚至预测海啸。各种快速傅立叶变换（FFT），和离散小波变换（DWT），他们的一一出现，在最使用的研究领域，比如数值代数，十分受欢迎。所具有的意义，远远超出了范围，在算法研究之中。因此它将开辟一个全新的局面，为各个领域的研究，还有技术发展都具有很重要的作用[8]。基于连续小波变换的处理，它所采用的方式，不是离散化时间数据t，而是离散化移位数据。这样，降低了其转换的冗余，与持续转换相比而言，由于现有设备中，数字形式，是大多数采样所选择的，因此有必要实施连续小波变换。离散处理。3.1.3连续小波变换在进行小波变换的过程中，参数a，是随函数中变化量t的一直变化，而做出相应的变换，比如尺度和平移，当t连续变化时，a也连续变化。（3-1）连续小波变换，具有很多性质，首先第一点，其具有可叠加的线性特征，像傅立叶变换一样，它的方式是积分变换。与傅立叶变换类似，关于小波变换系数，它被称为。由于小波基，与傅立叶基不同，因此，它的变换，有许多不同之处，对于傅立叶变换而言。实际上，最重要的是，小波基具有标度a，和两个平移参数。因此，该函数是在基础下扩展，意味着将时间函数，投影到二维时标平面上。此外，由于基本小波的特性，将函数投影到小波变换域中，有助于提取一些基本特征，在函数中。按照小波变换的一般定义，可以很容易定义上述性征。此外，平移特性，即若发生平移后，那么对于原函数，表明信号函数时域改变，相应的小波变换系数也将改变，小波变换系数将发生变换[9]。3.2信号奇异性检测理论小波变换的另一个重要特性是，能够执行信号式，进行突然瞬态特性有效传输。过去信号奇异性的研究，基于傅立叶变换，可是傅立叶变换，通常会覆盖整个区域中，信号的不同性。当分析节点的局部特征时，傅立叶变换作用很小，是无能为力的。以及在小波变换的信号方面，可以很好的进行奇异性检测，可以很好地解决这个问题，即小波变换，可以在突变点区域，显示信号域中，有很固定的本地功能。电力系统发生短路后，电流值会产生紊乱，因此可以使用小波变换的这一特性，用于检测短路时，电流的时间点，即奇异点。解释小波变换中，信号奇异性，检测的理论信可以分为两种类型：第一种不连续性，其特征在于，信号在奇异点处连续，幅度差别很大：第二种不连续性，其特征是，信号在幅度上，是连续的，当突变点也是奇异点时，其微分出现在，n阶不连续断点，称为剧烈的奇异信号，并且，由于大多数电气设备，负面影响电荷包含电感，因此其成分在不断变化，并且没有断点，因此，电力系统故障电流的奇异性检测，可以概括为，不连续性检测的第二种类型。3.3基于小波变换的电路故障特征提取以小波分析法为基础，将信号分解到，不同频段，对所得到的电压信号进行分解，得到需要的特征向量，它可以根据信号的不同频率成分，主动变换采样密度，在时域和空域这些方面：高频率时密度大；高频率时密度高。当频率低时，它很密集。基于这些优良特性，和功能的任意细节，可以分析信号和图像，有良好的观察。这些频段上，包含着相应的故障信息，提取出电路故障。故障特征提取流程如图3-1所示。图3-1电路故障特征提取流程Figure3-1Circuitfaultfeatureextractionprocess信号在频率共享域中，被滤波器分为，高频和低频两个部分，保留高频部分，低频部分继续平均分配，直到低通滤波器为止，由功能代表。在对小波进行分析之后，对小波包进行分解。在多分辨率分析的基础上，进一步细分了高频部分，并自适应，选择了合适的频段，以匹配信号频谱，提高了时频分辨率。小波包的三层拆解如图2所示。图3-2小波包三层分解Figure3-2Waveletpacketthree-layerdecomposition提取信号分别表示为AAA3，DAA3，ADA3，DDA3，AAD3，DAD3，ADD3，DDD3，其中A表示低频，B表示高频，字母后面的数字表示小波包分解的层数。小波包分解的关系式为S=AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD3。根据分解关系式提取电路的故障特征。图3-3小波的尺度函数和小波函数Figure3-3Scalefunctionandwaveletfunctionofwavelet在小波变换还没有被广泛使用之前,为了避免傅立叶变换的问题,研究学者们对傅立叶变换加以改造,这样一来更容易分析暂态改变状态的信号处理。当分析节点的局部特征时，傅立叶变换作用很小，是无能为力的。下图3-4为傅里叶变换示意图。图3-4短时傅里叶变换示意图Figure3-4Schematicdiagramofshort-timeFouriertransform本章小结：本章对研究方法进行了学习，掌握了其基本原理和研究方式。对小波分析原理进行了全面的学习，为下一步仿真和分析做足了准备工作。第4章仿真实现4.1仿真软件简介关于MATLAB的介绍，它诞生于1970年代，由Clever博士，及其同事在基金会的资助下开发。MATLAB提供的动态仿真工具中，SIMULINK是许多仿真软件中功能最强大，最出色且最易于使用的工具，可用于建模，仿真，和分析动态系统。具有功能多，界面方便，语言简洁，开放性强的特点。这些优势，使其对一些学科（尤其是跨学科学科），具有很强的优化性，并很快成为计算机辅助分析，和设计，模拟，教学，甚至是应用学科中，比如的科学文字处理中，必不可少的基本软件。1984年，它正式投放市场，并很好发展。以下每个版本都取得了长足的进步，界面变得更加友好，内容越来越全面，功能越来越可靠。在许多外国大学中，它已成为研究生和博士生，必须掌握的一项基本技能。在设计研究和工业领域，它也被广泛用于研究，和解决各种实际工程问题。尽管SIMULINK模块库，提供了许多模块，但并非所有的数学模型，都可以使用SIMULINK模块轻松建立。用户需要不断扩展功能，像SIMULINK的仿真功能。这使得SIMULINK提供了更广阔的开发空间[10]。4.2仿真数据本文建立的仿真模型，电网电压等级是10kV，输电线路长度为100km，频率是50Hz的电力系统供电模型。针对配电网，小电流接地系统的，单相接地故障研究,我们利用系统中的模块，进行系统的建模，和仿真研究。该模块，是一个图形工具，可用于在环境中构建，和模拟电源系统。线路的参数，是沿线路，平均分布的,由于本文，涉及到故障距离的测量,因此，不作集中参数处理,而采用，分布参数电路模型。电力系统故障，可以分为两类:水平故障，和垂直故障。在各种各样的故障中,接地短路占多数,约占有七成的短路故障,其中单相接地短路，占绝大多数(较大伤害),约为刘成以上的总短路故障。纵向断裂故障，主要是指各种，断裂故障，包括单相断裂，两相断裂和三相断裂。在电力线路上，相线之间的相碰撞，称为相短路，两相相碰撞，称为两相短路，三相相碰撞，称三相短路;水平故障，是指各种类型短路，相位线接地,包括两相、单相接地，和两相接地，三相短路。接地导体，或直接接地面，可以叫做接地短路,单相接地短路,两相接地电路，和三相接地短路,短路电流突然增加,瞬时热量很大,大大超过正常工作热值,不仅可以使绝缘部分烧毁,并能使金属熔化,燃烧。4.3仿真平台的构建打开MATLAB软件，单击“文件”菜单，然后选择“新建模型”命令以打开平台编辑窗口。在MATLAB操作界面中输入指令，可以将其打开，即电力系统组件库。在电源系统组件库中，双击工作所需的模块库，将弹出一个新窗口。在此窗口中，模块库中，包含各种组件模型。选择所需的组件模型，并将其拖动到，打开的仿真平台的编辑窗口中。当所有必需的组件模型，都拖到编辑窗口中时，不同的组件模型，将以一定的顺序，用线连接起来，并建立了一个仿真平台。4.4仿真平台的基本框架三相故障，是故障点的线路故障设置前提。可以通过调整传输线的数据，比如长度来调整故障的位置。传输线中的两个电位不同的点，通过良好的电导体连接，从而使该线，处于异常运行状态故障，称为短路故障。接地故障可分为单相接地故障和两相接地故障。各种故障的原因和故障特征是不同的。传输线路中的一个，或多个电路异常断开，电路之间的电流，无法正常流动的故障，称为电路故障；短路故障，可分为由，传输线中某个点的异常接地，引起的接地故障，以及其中传输线的导体，通过导体连接的相间短路。由于本文仅考虑输电线路中的线路问题，因此模型中，在正常运行，且不考虑接地阻抗的情况下，不包括变压器，和输电线的辅助工具。该模型，由来自两个三相电源L1和L2作为两条分布式传输线，和两个三相负载组成。该模型由测量设备组成，并添加了一个，三相故障设备，以根据故障类型进行调整。按照以上步骤，建立了基于仿真的，输电线路故障，行波仿真平台，其基本框架如下图所示。该平台是一个环网。其中，三相测量模块，是检测点的，三相电压电流，测量模块。示波器V和示波器I，用于观察检测点处的三相电压，和电流波形。根据分析各种故障的特征以构建如下图4-1所示的电路模型。图4-1输电线路模型Figure4-1Transmissionlinemodel图中参数的设置：分别双击各个模块，在弹出窗口中输入数据，设置同步电机的额定功率为50MVA，额定电压为11.2KV，频率为50HZ，线路长度为60km；设置原线圈电压为11.2KV，副线圈电压为220KV；设置负载额定功率为50MVA；设置故障发生时间为0.01-0.05s时间段。短路情况可在ThreePhaseFault中分别设置.4.5故障类型以及故障波形仿真4.5.1单相接地短路故障通常，故障相的电压增大十倍仍比接地小。非故障相的电压，可以视为接地故障的单相标准。通过仿真，获得的A相接地故障波形，如图4-2和图4-3所示。单相接地故障，其特点为：发生故障的那一相，他的电压远小于其他两相接地电压。理想情况下，零相的线的电压为零，在实际情况中，当发生单相接地故障时，负载将变小，因此故障相电流，将根据使用的负载大小，而相应变大，因此，与无故障相得相电压相比，它会增加非故障相的对地电压，最明显的特性是，故障相的线电压，急剧变小，这比非故障相得线电压小得多。仿真结果与计算分析规则一致。 图4-2单相故障电流波形Figure4-2Single-phasefaultcurrentwaveform图4-3单相故障电压波形Figure4-3Single-phasefaultvoltagewaveform图示中，设置三相故障器转换时间为[1/505/50]，所以图中从0.02S开始发生短路故障，在0.1S时结束，之后又恢复正常情况下的波形。电流故障分析：在0-0.02s时间段，系统正常运转工作，0.02s处模拟发生两相接地短路。此时AB两相的电流波形突变，而在整个过程当中，C相电流不受短路的影响，一直保持正弦规律变化。电压故障分析：在0-0.02s时间段，系统正常工作；在0.02s时，故障发生器工作，模拟A相发生接地短路。此时电压变为0V，BC相电压波形没有发生变换。4.5.2两相接地短路故障两相接地故障，当发生此类型故障时，假设A与B两相，发生接地短路故障，用Matlab仿真出电流与电压波形如图4-4、图4-5所示，不难发现，其特点是，电流，故障相的上升。电压，两故障相减小，与以上分析保持一致。图4-4两相接地故障电流波形Figure4-4Two-phasegroundfaultcurrentwaveform图4-5两相接地故障电压波形Figure4-5Two-phasegroundfaultvoltagewaveform图示中，设置三相故障器转换时间为[1/505/50]，所以图中从0.02S开始发生短路故障，在0.1S时结束，之后又恢复正常情况下的波形。电流故障分析：在0-0.02s时间段，系统正常运转工作，0.02s处模拟发生两相接地短路。此时AB两相的电流波形突变，而在整个过程当中，C相电流不受短路的影响，一直保持正弦规律变化。电压故障分析：在0-0.02s时间段，系统正常工作；在0.02s时，故障发生器工作，模拟AB两相发生接地短路。此时两相的电压变为0V，C相电压波形没有发生变换。4.5.3两相短路故障两相短路故障，假设A与B两相发生两相短路，进行仿真，得出电流还有电压的波形如图4-6、图4-7所示。此类型故障特征是，当两故障相的电流上升时，其电压反而减小。 图4-6两相相间短路故障电流波形Figure4-6Two-phaseshort-circuitfaultcurrentwaveform图4-7两相相间短路故障电压波形Figure4-7Two-phaseshort-circuitfaultvoltagewaveform图示中，设置三相故障器转换时间为[1/505/50]，所以图中从0.02S开始发生短路故障，在0.1S时结束，之后又恢复正常情况下的波形。电流故障分析：在0-0.02s时间段，正常。在0.02s时，故障发生器工作，发生两相短路，A、B相呈规律变化，波形分别向上，下移；C相波形保持不变。电压故障分析：在0-0.02s时间段，，系统工作正常，电压都是呈正弦规律变化；在0.02s时，故障发生器运转，A、B两相发生短路。C相正常。4.5.4三相短路故障三相短路，这种故障类型，假设A、B、C三相接地，模拟出电流、电压的波形图，如下图4-8、图4-9所示。特点是当电流变大时，电压变小。图4-8三相短路故障电流波形Figure4-8Three-phaseshort-circuitfaultcurrentwaveform图4-9三相短路故障电压波形Figure4-9Three-phaseshort-circuitfaultvoltagewaveform图示中，设置三相故障器转换时间为[1/505/50]，所以图中从0.02S开始发生短路故障，在0.1S时结束，之后又恢复正常情况下的波形。电流故障分析:在0-0.02s时间段，故障发生器未工作,波形正常。在0.02s时,系统出现三相短路,故障点各相电流都发生变化,经过短时间稳定,波形继续，呈正弦规律变化，但是有所上升。电压故障分析:在0-0.02s时间段,故障发生器未运转,所以各相的电压正常；在0.02s时,发生三相短路,故障点各相电压都变为0V。本章小结，运用仿真截取波形对各故障进行分析，与之前的理论特点进行对比。验证了小波分析，在短路故障诊断方面的准确高效性。结论传输线路发生故障后，可以可靠准确地，定位传输线的故障位置，这对于可靠供电，对电力系统，对整个供电网络的安全，十分重要。目前，行波测距方法，是工程应用中，最精确的定位方法，但行波速度，尚不确定，实际传输线中仍然存在很多噪声干扰信号。这些因素，导致了传输线故障的诊断不准确，并且故障信号检测还不够及时的现状。本文针对影响故障定位的这些因素，将小波理论引入传输线故障检测中，以提高行波波头提取的及时性和准确性。通过本文的研究，得出了许多有用的结论，主要包括以下几个方面，以推导不受行波速度影响的故障定位算法。对于不同的线路，行波的波速具有不同的参数。即使在有差异的时间，当同一条线路，受到干扰时，其数据也会有所差异。这种情况，导致在不同的线，或在不同的时间的，波的变化。由于波速的不可掌握性，不可避免地，会影响故障定位查找，因此根据行波原理，和行波分析，推导了不受行波影响的方法，即故障诊断法。该法只需要检测，传输线问题的初始状态，故障点的反射数据，和相反端的反射数据，距离测量点的时间，就可以准确诊断，从而消除影响。波速不确定性，对定位准确的影响。本文对小波理论在输电线路故障检测与定位中的应用进行了很多研究，得了一定的答案，但仍有一些问题，有待学习。小波网络，结合了小波理论好处，在输电线路故障找寻，与定位中的使用，已成为研究的热点。在本文中，小波分析被用于分析传输线故障期间产生的瞬态行波。然后结合实际传输线的运行情况，采用小波分析方法解决了一些像诊断缓慢诊断不准确，这样不可避免的问题，证明了本文诊断方法的可行性。参考文献[1]\t":8118/kcms/detail/frame/kcmstarget"基于小波变换模极大值的行波奇异性检测[J]．尚婕，