电力系统继电保护与故障检测新方法研究

【摘要】： 电力系统继电保护是电网安全运行的重要保障。随着计算机技术在电力系统的广泛应用,继电保护和故障检测方法研究越来越引起人们的重视。因此,论文系统地研究变压器差动保护和小电流接地系统故障检测的现状,对存在的问题提出了相应的改进方法,并提出了几种自动保护和故障检测的新方法。 论文针对短时傅立叶变换(STFT)的频谱泄漏问题,提出了一种并联滤波器和Bartlett窗函数构成的新算法结构。论文从理论上分析短时傅立叶变换的滤波器实现方式,仿真了各种窗函数STFT对不同信号的输出特点。分析结果表明,算法误差的根源可归结为频谱泄漏,是信号频率偏移滤波器中心频率的必然结果。窗函数旁瓣迅速衰减有助于减少长范围频谱泄漏,矩形窗却不属于这类窗函数;变压器励磁涌流中50赫兹和100赫兹两种频率并存,使矩形窗以外的窗函数对这类信号处理存在严重主瓣泄漏误差。将信号主要频率成分分离,再采用Bartlett窗的STFT,克服了矩形窗旁瓣的缺陷,论文提出的算法结构,对频谱泄漏具有明显抑制作用,适合于变压器差动保护。 励磁涌流的识别是变压器差动保护的关键问题,论文提出了一种全周波傅立叶算法的改进方法和励磁涌流的小波能量识别法。考虑近代电力变压器铁芯材料的特点,论文建立了以磁滞回线为主的变压器模型,分析了励磁涌流与变压器铁芯参数和合闸初相角的关系。研究结果表明,合闸初相角在某一特定范围内存在谐波制动死区;铁芯材料的改进降低了涌流峰值,但谐波制动原理仍然是合适的;励磁涌流中含大量衰减直流分量。针对衰减直流分量和STFT之间的矛盾,论文提出了一种改进的全周波傅立叶算法,并将算法应用于变压器差动保护。从时频分析的角度研究小波理论,着重分析了小波理论中多分辨分析和Mallat小波分解算法,提出了基于db6小波的励磁涌流识别新方法,采用4尺度和6尺度能量比作为判据,来识别变压器励磁涌流和内部故障。 小电流接地系统故障检测是电力系统具有代表性的问题,论文提出了一种基于空间电磁场的接地故障点探测方法和一种基于多分辨分析的小波故障选线方法。论文从稳态角度分析了小电流接地系统单相接地故障电流和电压的特征,研究了故障支路和健全支路电流电压的空间电磁场分布规律,提出了一种利用五次谐波电场和磁场探测接地点的新方法,模拟实验证明了方法的正确性。相对目前普遍采用的选线和测距方式,该方法将静态电流电压与空间电磁场联系起来,实现接地故障点户外探测。论文仿真了小电流接地系统单相接地电流电压的暂态波形,采用db13小波提取故障电流暂态特征,提出了一种单相接地故障的小波能量选线法,方法直接以负荷电流6尺度的小波能量为判据,判断接地相和接地支路,方法具有很强的鲁棒性。 论文将新方法应用于实际,实现了一种变压器差动保护装置。作为比较复杂的元件保护装置,差动保护装置是检验保护装置硬件结构和保护原理的重要载体之一,论文从硬件设计原理、软件设计原理、保护方法和算法等方面介绍了装置研制过程。装置通过国家继电器质量监督中心检验,并稳定地运行在变电站、水电站和泵站等现场。