设计-输电线路故障类型识别方法及实现方案设计.docx

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1、输电线路故障类型识别方法研究及实现方案设计摘要输电线路线路故障导致线路跳闸、电网供电中断，将对电力系统的安全稳定运行造成很大的威胁，因此，研究输电线路故障类型识别的方法是提高电力系统稳定性、提高供电可靠性的重点。基于无功功率对称分量的输电线路故障类型识别方法是根据无功功率的正序分量和负序分量之比（Q12）来识别输电线路的相间短路故障并且判断故障所在相，而单相接地故障和两相接地故障则根据无功功率的零序分量和负序分量的比率（Q20）来区分。若存在某相Q12变化值为O的情况，则线路发生的故障为相间短路故障，并且该相为非故障相；若任意相的Q12的变化值都不为0,且满足QO-L与Q2-L、QO-R与Q2

2、-R的比值的绝对值都在。到1之间，则该故障类型为两相接地故障，且Q20的绝对值最小值所在相为其中一个故障相。若QO-L与Q2-L、QO-R与Q2-R的比值的绝对值至少有一个大于1,则该故障类型为单相接地故障，且Q20的绝对值最大值出现在故障相中。通过在MATLAB环境下搭建模型进行仿真实验，证明了基于无功功率对称分量的输电线路故障类型识别和故障相判断的算法满足实际应用中要求的正确性，可靠性和时效性。即能对各非接地性故障和接地性故障进行识别和分类，且识别结果不受故障时刻、故障位置、过渡电阻等因素的影响而达到较高的正确率，同时算法还具有较快的收敛速度和分类识别速度，能够满足故障诊断所要求的实时性。

3、关键词：输电线路，故障类型识别，无功对称分量，故障选相faultclassificationandimplementationschemedesignoftransmissionlinesAbstractFaultedtransmissionlinesleadtolinetrippingandpoweroutage,whichwillthreatthesafeoperationofthepowersystemalot.,thus,toimprovethestabilityandthepowerdistributionreliabilityofthepowersystem,itisofgreat

4、significancetostudythemethodofFaultClassificationandFaultedPhaseSelection.Faultclassificationandfaultedphaseselectionforsingle-circuittransmissionlineswhichisbasedonthethesymmetricalcomponentsofreactivepowerisusethereactivepowerformedbythepositiveandnegative-sequencecomponents(Ql2)todeterminephase-t

5、o-phasefaultsandthephasesinvolvedinthistypeoffaults.Todistinguishthesingle-phase-to-earthfaultsfromdouble-phase-to-earthones,theratioofthezero-sequencereactivepowertothenegative-sequencereactivepowermeasuredbylinerelayswillbeutilized.BycheckingifthechangeofQl2iszeroononephaseafterfaultinception,thep

6、hase-to-phasefaultswillbedeclaredandthehealthyphase,andfaultedphasescanconsequentlybeidentified.IfthechangeofQ12isnotzeroonallthreephases,ratioQ0Q2willbeexamined.Fromtheviewpointofbothrelays,ifOQ1Q2lfromtheviewpointofatleastonerelay,asingle-phase-to-earthfaultwillbedeclared.Bybuildingthesimulationmo

7、delinMATLAB,itshowsthattheproposedalgorithmsatisfiestherequirementsofthepracticalapplicationforitscorrectness,reliability,andtimeliness.Itcanbeusedinbothnon-faultandgroundfaultidentificationandclassification,andtheaccuracyratecanreachahighlevelwhichmeansitwillnotbeinfluencedbyfaulttime,faultlocation

8、,thetransitionresistanceandotherfactors.Themethodalsoconvergesfastlyandconsumeslesstime,thatistosay,itmeetsthereal-timerequirements.Keywords:transmissionlines,faultclassification,symmetricalcomponentsofreactivepower,faultedphaseselection目录毕业论文原创性声明和毕业论文版权使用授权书I摘要IlAbstractIll第一章、绪论11.1 课题的背景及意义11.2

9、输电线路故障类型分析的研究现状及发展趋势11.3 本文的主要研究内容2第二章、传统输电线路故障类型识别方法22.1基于小波分析的输电线路故障类型识别方法22.1.1小波分析简介2.1.2小波分析在输电线路故障识别上的应用2.2基于神经网络的输电线路故障类型识别方法2.2. 1神经网络简介2. 2.2神经网络在输电线路故障识别上的应用2.3基于分形几何理论的输电线路故障类型识别方法2.3. 1分形几何理论简介2.4. 3.2分形几何理论在输电线路故障类型识别上的应用第三章、基于无功对称分量的输电线路故障类型识别方法53.1 单相接地故障的故障类型识别和故障相的判断53.2 两相接地故障的故障类型

10、识别和故障相的判断53.3 相间短路故障的故障类型识别和故障相的判断63.4 算法的逻辑结构图7第四章、模型的建立以及仿真验证84.1 MATLAB简介84.2 .线路参数的选择84.3 仿真模拟和数据分析9结论18参考文献20致谢22第一章、绪论1.1 课题研究背景及意义电力系统的规模在相关科学技术飞速发展的影响下日趋完整庞大，而超高压输电线路覆盖也越来越密集。这些输电线路承担着将距离遥远的大容量电厂的巨大功率送至负荷中心或者作为大电力系统间的联络线进行功率交换的任务，是电力系统的安全稳定运行的先决条件。常见的输电线路故障分为以下五种：单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障、三相短路故障、

11、三相接地故障。而其中最常见的是单相接地故障，输电线路故障总数的90%以上是单相接地故障。220kV及以上的超高压输电线路的重合闸通常是采用单相重合闸。在发生单相接地短路后，选相元件迅速选出故障相并实现单相跳闸，而在发生两相和三相短路时实现三相跳闸。若在发生单相接地故障的情况下，继电器保护选为两相，三相或者选不出相，就可能会中断电力系统对发生单相瞬时性故障的线路的供电，如果被中断的线路在系统中处于关键位置，就很可能引发更为严重的稳定性问题。而假如在发生多相永久性故障的情况下，保护选为单相，系统必然会遭受巨大的冲击，系统的动态稳定性将会受到严峻的考验因此在输电线路故障发生后，应该快速、准确地识别出

12、故障点和故障类型，将故障元件与系统隔离开来，并制定检修方案减少供电中断时间，及时恢复系统正常运行，否则故障一旦进一步扩大，就会损坏线路甚至线路设备，使配电系统不能安全运行。综上所述，研究电力系统故障类型识别的方法是提高电力系统稳定性、提高供电可靠性的重点。1.2 输电线路故障类型分析的研究现状及发展趋势截至目前，研究者已经提出了几种故障类型识别和故障相判断的方法：基于用相关理论计算叠加的正序电流和负序电流两个信号之间的角度的故障相判断的方法，可以发现这是非常容易受到故障电阻影响的一种故障相判断的方法另外一种确定故障的方向以及判断故障相的方法基于故障相微分叠加电压（例如VaB）与微分叠加电流的比

13、例（例如AIab）。然而，确定该方法所需的临界值不是一件容易的事。基于叠加的正序电流和负序电流之间的相位角的故障类型判断方法。该方法还使用了零序电流和负序电流的相对电流幅值来区分正序电流的接地和不接地故障。为了实现故障类型识别，必须对其中有些量进行标准化的检查。遗憾的是，这个方法失败了，因为故障电阻阻值是非零的。除了基于稳态值的故障类型识别和故障相判断的方法，通过引入数字信号处理(DSP),基于瞬态值的故障类型识别和故障相判断的方法出现了。这些新的方法得益于故障出现时电信号的特定瞬时值。这些新方法的成功率高度依赖于采样频率。有研究者提出将哈尔小波变换应用在输电线路的故障类型识别上。故障相是通过

14、通过对相电流的具体能量系数进行计算而判断出的。通过分析中性线电流的平滑系数，可以将接地故障和不接地故障区别开来。该方法的性能受到故障入射角变化的影响。另外一种还有一种基于初始电流行波的算法也被提出。在KarenbaUer变换的基础上，研究者们对各种故障类型的特性进行了研究。选取频率为400千赫的样品进行评估性研究。这比在数字继电器中通常选择的采样频率更高。因此，高采样频率是以瞬态值为基础的故障类型识别方法的主要缺点。新的研究指出，将决策树基法，即使用由故障发起的行波以及半波离散傅里叶变换(HCDFT)应用于双回路和单回路输电线路故障类型识别也是可行的。但是它需要计算到19次谐波分量，这导致了大

15、量数据和结果的计算负担会显著增加。1.3 本文的主要研究内容(1)简要介绍了小波分析、神经网络和分形几何理论。对基于三种理论的传统的输电线路故障类型识别的方法进行了分析；(2)提出一种基于无功功率对称分量的输电线路故障类型识别方法并对其基本原理作出了详细说明，绘制了运用该算法进行输电线路故障类型识别和故障相判断的逻辑结构图；(3)在MATLAB环境下搭建了400kV双端供电模型，在不同初始条件下进行仿真，仿真结果证明了运用此方案对输电线路故障类型进行识别的可行性和有效性；(4)将该输电线路故障类型识别方案与现有方案进行了比较，详尽地总结出其优势所在，为以后相关课题的深入研究奠定一定的基础。第二章、传统输电线路故障类型识别方法2.1 基于小波分析的电力系统故障类型识别方法2.1.1 小波分析简介傅里叶变换和小波变换都可以用来对高维数据进行数据压缩，具体来说就是，傅里叶变换用不同频率的三角函数的和去拟合原始信号，对于每一个单独的三角函数，只需要记录其相位和幅度即可。信息论可以证明，对于一个长度为n的离散信号（计算机中所有的信号都是离散的），可以分解为n个三角函数的线性组合，这n个三角函数的频率是按2的指数倍递增的，这两种表示方法是等价的，也就是从后者（三角函数的信息：相位、幅度）可以完美地重构出前者。而原始信号中的主要信息都集中在低频分量上，高频