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先进电力故障录波监测系统和精确故障定位研究

梁军  
【摘要】:电网互联和市场竞争机制的引入,对电力系统的安全稳定运行提出了更严峻的挑战。研究和实现稳态和动态过程的不间断记录及同步测量,便于大范围、长过程和发展性故障的分析,有利于提高电力系统的安全稳定运行。采用双端电气量和小波分析工具,研究精确故障定位,对于快速排除故障,提高供电可靠性,具有重要的理论价值和实际意义。本文对电力故障录波监测新技术、输电线路精确测距算法以及小电流接地选线等问题进行了深入研究,主要研究工作和取得的成果如下: 研究设计了新型故障录波监测系统的硬件平台和软件平台。硬件平台采用先进的ETX嵌入式模块化CPU、32位浮点数字信号处理器TMS320C32、大规模CPLD、分层分布式多CPU并行技术以及GPS同步时钟技术;软件平台采用嵌入式实时操作系统OSII和QNX。所设计和开发的新型故障录波监测系统,具有高速数据采集、大容量数据存储、同步采样、分析计算功能强大、可靠性高、抗干扰能力强、数据远传和配置灵活等特点。 在新型录波监测系统中,采用了多种先进技术,并进行集成创新。嵌入式一体化工业级设计技术,不仅提高录波可靠性,而且提高了数据吞吐能力和处理能力;采用了频率自动跟踪和同步相量测量技术,模拟通道误差矢量校正技术,有效提高了在不同区间范围的测量精度,满足电力系统广域测量和稳定性分析的要求;实现了稳态和动态过程的记录与统一分析,为分析大范围、长过程和发展性的故障提供了依据;发展了基于补偿原理的单端故障测距技术,保证故障后准确及时地进行故障定位。 单端测距存在难以克服的原理性误差,因此发展了双端测距算法,用以提高测距精度。基于输电线路的分布参数模型,利用故障后输电线路两端的电压和电流的正序和负序分量,根据冗余方程,按照最小二乘原理,采用牛顿法迭代求解故障距离和非同步测量误差。测试结果表明,算法具有很高的测距精度,收敛性能良好。通过仿真输电线路参数对测距精度的影响,说明了输电线路参数的准确性是影响测距精度的重要因素。为了消除线路参数不确定性对测距精度的影响,提出了基于参数估计的自适应双端测距算法。充分利用故障前后的录波数据,基于输电线路的分布参数模型,利用故障前的正序分量、故障后的正序和负序分量写出测距的冗余方程,将线路的正序参数连同故障距离和非同步误差都作为未知量来求解,从而实现了自适应参数变化的双端测距算法,从原理上克服了现场实际因素造成的线路参数不准确或变化对测距结果的影响。仿真试验、动模实验和实际运行结果表明,该算法达到了很高的测距精度。 在深入分析小电流接地系统单相接地故障机理和特征的基础上,提出了基于小波变


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