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基于故障暂态分量的母线保护数字试验及分析

作　者: 戴月涛
导　师: 束洪春
学　校: 昆明理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 故障暂态分量小波变换故障启动元件行波母线保护暂态母线保护
分类号: TM773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

母线保护在电力系统中的重要性毋庸置疑,因此,对母线保护的可靠性、选择性和灵敏度要求更高,对母线保护新原理和新判据的研究应得到关注。传统母线保护基于工频量,其动作速度慢,达数十毫秒,易受电流互感器(TA)饱和的影响。因此,提出利用故障产生的暂态分量实现超高速动作的保护原理。基于故障暂态分量的母线保护提取故障后几毫秒以内的高频暂态信息,能避免TA饱和影响,在一定程度上克服现有保护存在的困难,具有实际研究意义。对暂态行波的研究可以发现,通过比较母线区内、区外故障暂态信号的奇异性和高频分量的差异,可以构成不同的超高速暂态母线保护原理。利用故障分量中的行波首波头的幅值、极性等特征可构成一系列的行波母线保护,如：电流行波母线差动保护、电流行波极性比较式母线保护和暂态行波功率方向母线保护。利用故障分量中的高频暂态量可构成暂态母线保护,如：基于暂态高频能量和基于相关分析的母线保护。随着硬件水平大幅度提高和DSP的出现,以及新兴的各种数字信号处理工具和人工智能技术的快速发展,这种新型快速母线保护的原理得以实现。小波变换具有良好的时频局部化特性,可以准确地提取信号的奇异特征,因此本文利用小波变换提取故障暂态分量的特征以构成判据。一套完整的保护装置包括故障启动元件与故障判别元件,只有在启动元件动作并采集到足够长度的行波数据后,才能进行下一步的内外故障判别。故障启动元件有多种,但基于小波变换系数的启动算法从原理上提高了可靠性与速动性,包括基于小波变换模极大值(WTMM)和基于小波变换模极大值之和(WTMS)的启动元件。本文主要对故障启动元件以及各种基于故障暂态分量的母线保护进行介绍,在PSCAD/EMTDC中进行了大量的仿真,并讨论故障特征、母线结构、三相断路器不同期合闸、母线电容、雷击时避雷器动作、变电站雷电入侵波、互感器传变特性、采样率和小波变换尺度等多种影响因素下保护的动作特性,为下一步继续研究指明方向。然而,利用故障暂态分量构成超高速母线保护,面临着诸多考验,考虑的影响因素太多,并不是仅仅从原理上就可以解决的。对母线保护有待更深层次的研究,以期优化和完善保护的性能并将其实用化。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-15
  1.1 选题的背景  9-10
  1.2 母线保护的研究现状  10-13
    1.2.1 传统母线差动保护  10-12
    1.2.2 微机母线保护  12-13
  1.3 本文的主要内容  13-15
第二章小波变换及模型的建立  15-25
  2.1 引言  15
  2.2 小波变换的基础理论  15-19
    2.2.1 小波变换的定义  15-16
    2.2.2 离散、二进小波变换  16-17
    2.2.3 小波基的选择  17-18
    2.2.4 B样条小波  18
    2.2.5 模极大值及奇异性检测  18-19
    2.2.6 小波影响锥  19
  2.3 仿真模型的建立  19-24
    2.3.1 电磁暂态仿真软件简介  19-20
    2.3.2 不同母线类型  20-21
    2.3.3 阻波器和避雷器  21-22
    2.3.4 雷电流模型  22-23
    2.3.5 互感器宽频等效模型  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章故障启动元件  25-31
  3.1 引言  25
  3.2 故障启动元件简介  25-26
  3.3 基于小波的故障启动元件  26-29
    3.3.1 WTMM启动元件  26-27
    3.3.2 WTMS启动元件  27
    3.3.3 仿真分析  27-29
  3.4 本章小结  29-31
第四章行波母线保护及影响因素分析  31-59
  4.1 引言  31
  4.2 电流行波母线差动保护  31-35
    4.2.1 原理  31-32
    4.2.2 不同母线类型的保护方案  32-34
    4.2.3 仿真分析  34-35
  4.3 电流行波极性比较式母线保护  35-41
    4.3.1 原理  35-36
    4.3.2 电流行波模量的选取  36-38
    4.3.3 保护方案  38-39
    4.3.4 仿真分析  39-41
  4.4 行波功率方向式母线保护  41-42
  4.5 行波母线保护的影响因素分析  42-57
    4.5.1 故障类型  42-44
    4.5.2 特殊故障情况  44-46
    4.5.3 线路三相断路器不同期合闸  46-49
    4.5.4 母线结构类型  49
    4.5.5 母线对地电容  49-50
    4.5.6 雷击时避雷器的动作特性  50-52
    4.5.7 变电站雷电入侵波  52-53
    4.5.8 互感器传变特性  53-55
    4.5.9 采样率的大小  55-56
    4.5.10 小波变换的尺度  56-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章暂态母线保护  59-69
  5.1 引言  59
  5.2 暂态高频能量母线保护  59-61
  5.3 基于相关分析的母线保护  61-63
  5.4 暂态母线保护的影响因素分析  63-68
    5.4.1 母线结构类型  63
    5.4.2 母线对地电容  63-64
    5.4.3 雷击时避雷器的动作特性  64-65
    5.4.4 变电站雷电入侵波  65-66
    5.4.5 采样率与互感器传变特性  66-68
  5.5 本章小结  68-69
第六章结论  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
攻读硕士期间发表的论文  76

基于故障暂态分量的母线保护数字试验及分析

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