基于EMTR和WT的配电网故障定位的研究
发布时间：2020-12-30 19:11
配电网是将输电网的电能输送给用户的重要环节,安全、稳定、经济运行的配电网才能满足用户的需求。短路故障无论是在动稳定性方面还是在热稳定性方面都会对配电网产生巨大的危害。如果短路故障长期存在会破坏电力系统的稳定性,甚至造成电力系统瓦解。因此,及时准确的发现故障点的位置以便检修部门采取相应的措施来迅速恢复供电具有重大的研究价值。传统的故障定位方法对于解决复杂配电网的故障测距问题具有明显的局限性。行波法需要识别行波波头而配电网中波阻抗不连续的点过多,无法准确的识别相应的波头;阻抗法需要通过建立相应的模型求解方程来进行故障测距,配电网中网络结构和相关参数非常复杂使得建立合适的模型存在较大的困难;机器学习法需要大量的历史数据对固定的网络结构进行学习训练,而配电网中的网络结构并不稳定。为了克服传统故障定位的缺陷,本文将电磁学中电磁时间反演(EMTR)理论引入到配电网故障定位中,同时为了消除故障信号中的噪声采用小波包去噪方法来进行数据预处理,进一步来提高故障测距的精度。对配电网故障信号添加高斯噪声,然后分别利用小波包去噪、改进阈值函数去噪和多尺度阈值去噪三种小波去噪方法进行对比测试,通过波形的直观效果...
【文章来源】： 艾轩源 湖北工业大学
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同故障类型的占比发生短路故障的本质原因可以归结为电气设备载流部分相与相或者相与地之
湖北工业大学硕士学位论文22"""2()"1*122111(1)e(,)()(1e)(1e)ffffγxxffγxγxfρIxωUωZρρ+=++(3-22)""2()"2*22()2()222(1)e(,)()(1e)(1e)ffffγxxffγLxγLxfρIxωUωZρρ+=++(3-23)可以推导出流过假设故障点位置的总电流的闭合表达式为"""12(,)(,)(,)ffffffIxω=Ixω+Ixω(3-24)利用式（3-24）可以显示出EMTR将时间反转注入瞬态电流聚焦到故障点位置的能力。需要对以上的理论进行简单的实验验证，对于单导体输电线路总长度L=10km，在xf=8km处设置接地故障。该线路的两个终端阻抗为Z1=Z2=100kΩ，并且对于故障点处假设其理想电压源Uf=1/jωV/（rad/s）。线路是无损耗的，即电阻和电导忽略不计，而每单位长度的电容和电感分别为C=7.10×10-12F/m和L=1.56×10-6H/m。图3.4双观测点的EMTR故障定位结果将假设故障点x"f从0移动到L，可以使用式（3-24）来计算假设故障点处的电流。在两个线路终端的双观测点的EMTR故障定位结果如图3.4所示，该图显示了标准化故障电流信号能量（其中，对于所有假设故障位置的If的最大信号能量值进行了归一化处理），频率范围从DC到1MHz。从图3.4中可以看出，当假设故障点位置与实际故障位置即x=8km处一致时，If(x"f,ω)的能量达到最大值。
湖北工业大学硕士学位论文24图3.6单观测点的EMTR故障定位结果3.3.2时域下的EMTR分析上节中根据电流与假设的故障点在频域中的表达式，当假设故障点等于真实故障点时，电流的能量值取得最大值的理论，实现了精准的故障定位。本节中将在时域中讨论EMTR故障定位的原理。利用如图3.7所示的流程图说明了基于时域分析的EMTR故障定位的详细过程。在该流程图中需要像其他输电线路故障定位方法一样确定网络的拓扑结构和线路参数。在网络内部具有相同电压等级的变压器之间设置观测点来记录故障瞬态信号si(x，t)（对于三相系统，i=1,2,3）。将故障发生后的瞬态信号记录在特定时间窗口内：(),[,]iffstttt+T(3-26)其中tf是发生故障的时刻，T是记录时间窗口且时间足够长以满足瞬态信号si(t)衰减变化的过程。电网故障分析的过程中故障类型、故障点位置和故障电阻都是未知的。当进行故障定位时，假设该过程是在继电保护相关运行动作后再进行分析的，此时故障类型包括单相或者多相故障，可以看成已知的。对于故障点位置可以先假设一系列故障点为xf,m（m=1,…,K）然后分别采用EMTR。对于故障电阻同样需要进行假设为Rxf，采用EMTR进行故障定位的实验结果受故障电阻的影响较小，在后面章节中将进行实验验证。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双态二进制粒子群优化算法的配电网故障定位[J]. 钟建伟,朱涧枫,黄秀超,周玉超,张建业,黄谋甫. 电力系统及其自动化学报. 2019(03)
[2]基于形态学梯度算法的微电网行波保护方案[J]. 薛士敏,崔淼. 电力系统保护与控制. 2019(02)
[3]基于波速修正的多回输电线路行波测距算法[J]. 田斌,方覃绍阳,李振兴,李志伟,刘波,高鹏. 高压电器. 2019(01)
[4]应用等效网络原理的新型配电网故障定位技术[J]. 李振兴,孟晓星,李振华,翁汉琍,程宜兴. 电力系统及其自动化学报. 2019(01)
[5]可再生能源和特高压接入下的区域电网可靠性和稳定性评估[J]. 王春义,牟宏,柳璐,程浩忠,王宝勇,尹爱辉. 电力系统及其自动化学报. 2019(01)
[6]计及FTU漏报和误报的配电网故障定位分层解析模型[J]. 王秋杰,金涛,刘军. 电力自动化设备. 2019(01)
[7]实用化的辐射状配电线路单相接地行波保护方案[J]. 贾琦,董新洲,施慎行. 中国电机工程学报. 2019(06)
[8]基于小波包去噪与EMD的故障电弧检测算法研究[J]. 王志斌,曹红伟,刘佳佳. 电测与仪表. 2019(06)
[9]基于罗氏线圈的VSC-HVDC系统的混合线路故障定位[J]. 汪磊,刘辉,邱诗怡,姜晓彤,钱金良. 电测与仪表. 2018(21)
[10]基于分层模型和智能校验算法的配电网故障定位技术[J]. 王秋杰,金涛,谭洪,李振兴. 电工技术学报. 2018(22)
博士论文
[1]直流线路继电保护解析分析方法与新型保护原理研究[D]. 徐敏.华南理工大学 2014
[2]基于电磁时间反演的高分辨率成像与自适应无线传输研究[D]. 刘小飞.电子科技大学 2010
硕士论文
[1]含分布式电源的配电网故障定位与恢复技术研究[D]. 施志强.东南大学 2018
[2]基于图论与启发式算法的配电网故障处理方法研究[D]. 刘海峰.山东大学 2013
本文编号：2948154
【文章来源】： 艾轩源 湖北工业大学
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同故障类型的占比发生短路故障的本质原因可以归结为电气设备载流部分相与相或者相与地之
湖北工业大学硕士学位论文22"""2()"1*122111(1)e(,)()(1e)(1e)ffffγxxffγxγxfρIxωUωZρρ+=++(3-22)""2()"2*22()2()222(1)e(,)()(1e)(1e)ffffγxxffγLxγLxfρIxωUωZρρ+=++(3-23)可以推导出流过假设故障点位置的总电流的闭合表达式为"""12(,)(,)(,)ffffffIxω=Ixω+Ixω(3-24)利用式（3-24）可以显示出EMTR将时间反转注入瞬态电流聚焦到故障点位置的能力。需要对以上的理论进行简单的实验验证，对于单导体输电线路总长度L=10km，在xf=8km处设置接地故障。该线路的两个终端阻抗为Z1=Z2=100kΩ，并且对于故障点处假设其理想电压源Uf=1/jωV/（rad/s）。线路是无损耗的，即电阻和电导忽略不计，而每单位长度的电容和电感分别为C=7.10×10-12F/m和L=1.56×10-6H/m。图3.4双观测点的EMTR故障定位结果将假设故障点x"f从0移动到L，可以使用式（3-24）来计算假设故障点处的电流。在两个线路终端的双观测点的EMTR故障定位结果如图3.4所示，该图显示了标准化故障电流信号能量（其中，对于所有假设故障位置的If的最大信号能量值进行了归一化处理），频率范围从DC到1MHz。从图3.4中可以看出，当假设故障点位置与实际故障位置即x=8km处一致时，If(x"f,ω)的能量达到最大值。
湖北工业大学硕士学位论文24图3.6单观测点的EMTR故障定位结果3.3.2时域下的EMTR分析上节中根据电流与假设的故障点在频域中的表达式，当假设故障点等于真实故障点时，电流的能量值取得最大值的理论，实现了精准的故障定位。本节中将在时域中讨论EMTR故障定位的原理。利用如图3.7所示的流程图说明了基于时域分析的EMTR故障定位的详细过程。在该流程图中需要像其他输电线路故障定位方法一样确定网络的拓扑结构和线路参数。在网络内部具有相同电压等级的变压器之间设置观测点来记录故障瞬态信号si(x，t)（对于三相系统，i=1,2,3）。将故障发生后的瞬态信号记录在特定时间窗口内：(),[,]iffstttt+T(3-26)其中tf是发生故障的时刻，T是记录时间窗口且时间足够长以满足瞬态信号si(t)衰减变化的过程。电网故障分析的过程中故障类型、故障点位置和故障电阻都是未知的。当进行故障定位时，假设该过程是在继电保护相关运行动作后再进行分析的，此时故障类型包括单相或者多相故障，可以看成已知的。对于故障点位置可以先假设一系列故障点为xf,m（m=1,…,K）然后分别采用EMTR。对于故障电阻同样需要进行假设为Rxf，采用EMTR进行故障定位的实验结果受故障电阻的影响较小，在后面章节中将进行实验验证。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双态二进制粒子群优化算法的配电网故障定位[J]. 钟建伟,朱涧枫,黄秀超,周玉超,张建业,黄谋甫. 电力系统及其自动化学报. 2019(03)
[2]基于形态学梯度算法的微电网行波保护方案[J]. 薛士敏,崔淼. 电力系统保护与控制. 2019(02)
[3]基于波速修正的多回输电线路行波测距算法[J]. 田斌,方覃绍阳,李振兴,李志伟,刘波,高鹏. 高压电器. 2019(01)
[4]应用等效网络原理的新型配电网故障定位技术[J]. 李振兴,孟晓星,李振华,翁汉琍,程宜兴. 电力系统及其自动化学报. 2019(01)
[5]可再生能源和特高压接入下的区域电网可靠性和稳定性评估[J]. 王春义,牟宏,柳璐,程浩忠,王宝勇,尹爱辉. 电力系统及其自动化学报. 2019(01)
[6]计及FTU漏报和误报的配电网故障定位分层解析模型[J]. 王秋杰,金涛,刘军. 电力自动化设备. 2019(01)
[7]实用化的辐射状配电线路单相接地行波保护方案[J]. 贾琦,董新洲,施慎行. 中国电机工程学报. 2019(06)
[8]基于小波包去噪与EMD的故障电弧检测算法研究[J]. 王志斌,曹红伟,刘佳佳. 电测与仪表. 2019(06)
[9]基于罗氏线圈的VSC-HVDC系统的混合线路故障定位[J]. 汪磊,刘辉,邱诗怡,姜晓彤,钱金良. 电测与仪表. 2018(21)
[10]基于分层模型和智能校验算法的配电网故障定位技术[J]. 王秋杰,金涛,谭洪,李振兴. 电工技术学报. 2018(22)
博士论文
[1]直流线路继电保护解析分析方法与新型保护原理研究[D]. 徐敏.华南理工大学 2014
[2]基于电磁时间反演的高分辨率成像与自适应无线传输研究[D]. 刘小飞.电子科技大学 2010
硕士论文
[1]含分布式电源的配电网故障定位与恢复技术研究[D]. 施志强.东南大学 2018
[2]基于图论与启发式算法的配电网故障处理方法研究[D]. 刘海峰.山东大学 2013
本文编号：2948154
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