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基于希尔伯特-黄变换的高压输电线路行波故障测距研究

作　者: 李强
导　师: 王银乐
学　校: 华东交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 故障测距希尔伯特-黄变换(HHT) 行波高压输电线路
分类号: TM762.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高压输电线路是电力系统的重要组成部分。快速、准确地故障测距,可以及时发现绝缘隐患,及早采取防范措施,提高运行的可靠性并减少因停电而造成的巨大综合损失。高压输电线路故障产生的暂态行波信号,沿输电线路以接近光速的速度传输到电网中各变电站,在各变电站记录故障行波到达的精确时间和波形特性,可以进行故障行波测距。故障行波测距不受CT饱和、系统振荡和故障电阻等因素影响,具有定位精度高的优点。本文对输电线路故障行波的物理过程和传输特性进行了详细分析。对行波测距原理、分类、研究现状及其发展趋势作了介绍。在此基础上分析了行波故障测距的各种算法以及影响行波测距精度的因素。针对行波信号的传输特点,本文采用处理非线性、非平稳信号的新方法——希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)对行波信号进行处理。通过经验模态分解法(Empirical Mode Decomposition,EMD)将故障行波信号分解为若干个固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF),再对最高频率分量进行Hilbert变换,得到它的瞬时频率,根据瞬时频率突变点对应行波初始波头到达时刻进行准确检测。为了验证本文方法的有效性,本文基于MATLAB进行了仿真实验。模型采用已有文献的仿真电路。测距方法分别采用使用波速计算的双端测距法和不计波速的三端测距法,并与基于小波变换的故障测距结果进行比较。从仿真的结果可以看出,基于本文方法的故障测距结果更加准确。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题的意义  8
  1.2 输电线路的故障类型及分析  8-10
    1.2.1 输电线路故障类型  8-9
    1.2.2 输电线路故障分析  9-10
  1.3 行波法故障测距的研究现状及其发展趋势  10-12
    1.3.1 行波法故障测距的原理及分类  10-11
    1.3.2 行波法的研究现状及其技术问题  11-12
    1.3.3 行波测距的发展趋势  12
  1.4 本文做的主要工作  12-13
第二章输电线路故障暂态行波特性  13-23
  2.1 输电线路的波过程  13-18
    2.1.1 无损耗单相线路的波过程  13-15
    2.1.2 有损耗单相线路的波过程  15-17
    2.1.3 相模变换  17-18
  2.2 行波的传输特性  18-23
    2.2.1 行波在传播过程中的色散  18-19
    2.2.2 行波的折、反射  19-21
    2.2.3 故障行波分析的网格法  21-23
第三章基于故障暂态行波的测距方法  23-28
  3.1 单端行波测距法  23-24
  3.2 双端行波测距法  24-25
  3.3 三端行波测距法  25-26
  3.4 影响行波测距精度的因素  26-28
第四章希尔伯特-黄变换理论及其相关问题  28-42
  4.1 瞬时频率  28-31
    4.1.1 瞬时频率的定义  28-29
    4.1.2 瞬时频率理解上的问题  29-30
    4.1.3 多分量信号模型  30-31
  4.2 固有模态函数  31-32
  4.3 特征时间尺度  32-33
  4.4 经验模态分解  33-39
    4.4.1 EMD 的实现步骤  33-37
    4.4.2 EMD 计算机实现流程图  37-38
    4.4.3 EMD 的完备性和近似正交性  38-39
  4.5 希尔伯特-黄变换及Hilbert 谱  39-40
  4.6 希尔伯特-黄变换的特点  40-42
第五章基于HHT 的信号处理技术  42-51
  5.1 实现HHT 需要考虑的问题  42-47
    5.1.1 采样频率选择  42
    5.1.2 分量终止条件的改进  42
    5.1.3 曲线拟合方法选择  42-43
    5.1.4 边界处理方法及改进  43-47
  5.2 基于HHT 的滤波与去噪  47-51
    5.2.1 信号和噪声EMD 后的分布特性  47
    5.2.2 基于IMF 的时空滤波器  47-48
    5.2.3 基于噪声水平估计的阀值滤波方法研究  48-51
第六章基于HHT 的行波故障测距方法及仿真  51-64
  6.1 基于HHT 的行波故障测距实现  51-53
    6.1.1 行波波头的检测  51-52
    6.1.2 测距算法的选取  52
    6.1.3 行波波速的确定  52-53
  6.2 基于HHT 的行波故障测距仿真研究  53-64
    6.2.1 仿真模型的建立  53-54
    6.2.2 波速的测量  54
    6.2.3 使用双端测距法的仿真及分析  54-59
    6.2.4 使用三端测距法的仿真及分析  59-62
    6.2.5 提高基于HHT 的故障测距准确度的方法  62-64
第七章总结  64-65
  7.1 主要工作回顾  64
  7.2 本课题今后需进一步研究的地方  64-65
参考文献  65-68
个人简历在读期间发表的学术论文  68-69
致谢  69

基于希尔伯特-黄变换的高压输电线路行波故障测距研究

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