【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 取，然后類似地構(gòu)造選線判 據(jù) 。 小波分析法的技術(shù)難點(diǎn)在于小波基函數(shù)及小波分解尺度選擇。電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行很復(fù)雜，可能出現(xiàn)暫 態(tài)分量小于穩(wěn)態(tài)分量的情況?，F(xiàn)有多數(shù)方法僅僅給出了實(shí)現(xiàn)方法和仿真結(jié)果，整個(gè)算法缺乏理論 基礎(chǔ)。小波變換尺度的選取及特征量在尺度上的定位缺乏理論根據(jù)。 應(yīng)用粗集理論數(shù)據(jù)挖掘能力，對(duì)采樣的零序電流信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理，然后再用小波包對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)故障選線。 基于暫態(tài)特征頻段的選線方法 利用暫態(tài)信號(hào)選線方法近幾年有了很大發(fā)展，提出了很多方法。如基于零序電流集中式比較選線方法和基于相電流分散式比較的選線方法；利用首容性頻帶內(nèi)配電網(wǎng)單相接地故障時(shí)基本特征，提出暫態(tài)零序電流幅值、相位比較的選線方法。 這些 方法在待定系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)故障時(shí)能正確選取故障線路，但在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生弱故障時(shí)，首容性頻帶不包含電流值較大的低頻分量，存在較大測(cè)量誤差。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 36 頁 首容性頻帶的上限截止頻率與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，需根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)整定。 基于最大 ? ??sinI? 原理的選線方法 為消除 CT 不平衡電流的影響，提出 ? ??sinI? 最大原理：考慮到 NUGS 正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有較大突變，可通過一中間參考正弦信號(hào)，使各線路故障前的零序電流對(duì)故障母線在故障后的 U0亦能 找出相位關(guān)系，由此再把所有線路故障前、后的零序電流都投影到 I0j（故障線路的零序電流）的理論方向上（見圖 ）。然后計(jì)算出各線路故障前、后的投影值之差 I0,i，找出差值最大的 I0,k，即最大的 ? ??sinI? 。 若 I0,k0,則線路k 為故障線路，否則為母線故障。此法的本質(zhì)是尋求最大零序無功功率突變量的代數(shù)值，從理論上基本消除了 CT 不平衡的影響，但也有兩個(gè)缺陷：首先，計(jì)算過程中需取一參考信號(hào)，若該信號(hào)出問題，將造成該算法失效；其次，該算法在計(jì)算過程中需求出有關(guān)相量的相位關(guān)系，計(jì) 算量太大。文獻(xiàn) [14]提出最大 ? ??sinI? 原理的快速算法，達(dá)到了減小計(jì)算量，省去使用參考信號(hào)的目的。 圖 單相接地故障時(shí)零序電流、電壓相量 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 共 36 頁 3 MATLAB 的應(yīng)用 3． 1 MATLAB 概述 作為當(dāng)今世界最流行 的第四代計(jì)算機(jī)語言， MATLAB 軟件語言系統(tǒng)，由于它在科學(xué)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)控制、系統(tǒng)建模與仿真、數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)控制、圖形圖像處理、航天航空、生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、生命科學(xué)、通信系統(tǒng)、 DSP 處理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)、電子商務(wù)等不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及它自身所具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)， 目前 MATLAB 已倍受許多科研領(lǐng)域的青睞與關(guān)注。 MATLAB 軟件是由美國 Math Works 公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)。 MATLAB 是英文 matrix laboratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室 )的縮寫，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。由于使用 MATLAB 編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，所以不像學(xué)習(xí)其他高級(jí)語言，如 Basic、 Fortran 和 C等語言那樣難于掌握，用 MATLAB 編寫程序猶如在演算紙上排列出工時(shí)與求解問題。在這個(gè)環(huán)境下，對(duì)所要求解的問題，用戶只需簡(jiǎn)單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其 結(jié)果便以數(shù)值火圖形方式顯示出來。 MATLAB/SIMULINK 簡(jiǎn)介 使用 MATLAB/SIMULINK 軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真，具有三個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)。 1） 電力系統(tǒng)仿真工具箱功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的元件庫提供了經(jīng)常使用的各種電力原件數(shù)學(xué)模型，并且提供了可以自己編程的方式創(chuàng)建合適的元件模型。 2） 強(qiáng)大的 MATLAB 平臺(tái)。如前所述，在相同的平臺(tái)上， MATLAB 的數(shù)值運(yùn)算功能為進(jìn)行電力工程方面的運(yùn)算提供了強(qiáng)有力的后盾。隨著信號(hào)處理技術(shù)的成熟，各種信號(hào)處理方法在電力方面的應(yīng)用尤為的重要。 MATLAB 提供的信 號(hào)處理工具箱、數(shù)字信號(hào)處理濾波模塊、濾波器設(shè)計(jì)工具箱、小波分析工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱、為經(jīng)過電力仿真后數(shù)據(jù)處理提供了功能齊全的分析手段。 3） 友好的界面。友好的界面充分體現(xiàn)了軟件使用的難以程度。從電力系統(tǒng)仿真、到數(shù)值計(jì)算、圖像處理、再到信號(hào)分析。 MATLAB 提供給技術(shù)人員和科研人員的不僅僅是各類問題的解決方案，更重要的是這些技術(shù)的使用變得尤為輕松簡(jiǎn)單。 SimPowerSystem 是在 Simulink 環(huán)境下進(jìn)行電力電子系統(tǒng)建模和仿真的先進(jìn)工具。它是 Simulink 下面的一個(gè)專用模塊集， 主要是由加拿大的 HydroQuebec 和International 公司共同開發(fā)的，其功能強(qiáng)大，可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)冗^程的仿真，它提供了一種類似電路建模的方式進(jìn)行模型繪制，使用者 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 36 頁 不需要自己編程而只需將仿真的電力系統(tǒng)圖搭建在工作窗口中， MATLAB 自動(dòng)將其變化成狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，便可以在 SIMULINK 下進(jìn)行仿真研究了 [13]。 PSB簡(jiǎn)介 PSB(PowerSystemBlockset)是 MATLAB提供的上具箱之一，只需要在 MATLAB的命令窗口輸入“ powerlib”命令，就可以 調(diào)出 powerlib的模型庫。其用戶窗口如圖 ： 圖 SimPowerSystem 原件庫 電力系統(tǒng)工具箱包含的模塊有： Electrical Sources(電源庫 )、 Elements(元件庫 )、Power Electronics(電力電子元件庫 )、 Machines(電機(jī)庫 )、 Connectors(連接器庫 )、Measurements(測(cè)量儀器庫 )、 Extra Library(附加元件庫 )、 Demos(示例庫 )、 Powergui(圖形用戶界面 graphical user interface)，它是一個(gè)電力系統(tǒng)分析模塊 。 Powerlib的模型庫既包括了目前已知的所有電力系統(tǒng)設(shè)備，也包括了 simulink的所有模塊。 PSB通過系統(tǒng)擴(kuò)展 simulink提供了 一 套獨(dú)特的環(huán)境，用于多域建模和控制器設(shè) 計(jì)，用戶可以方便地建造模型 ，并可以快速繪出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且同時(shí)分析各部分的作用。 PSB主要有以下的特征： 1) 提供了 MATLAB／ Simulink環(huán)境下電力系統(tǒng)的拓?fù)浣?模 和仿真。使用標(biāo)準(zhǔn)的電力符號(hào)，便于電力系統(tǒng)的直觀建模； 2) 包含電力系統(tǒng) 幾 乎所有標(biāo)準(zhǔn)模型，包括電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電力機(jī)械裝置、電力電 子器件、各種控制測(cè)量模塊以及三相電力模型等，可以方便地測(cè)量電壓、電流、阻抗以及變壓器的磁通等。增加了三相相序分析、諧波分析等模塊，同時(shí)還增加了機(jī)械裝置，如汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、直流電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)等模型； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 36 頁 3)通過使用變步長積分和 Simulink中的過零檢測(cè)模塊，提供了更快的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊透呔鹊碾娏ο到y(tǒng)仿真?？梢悦枋鰻顟B(tài)空問、計(jì)算穩(wěn)態(tài)電流和電壓，還可預(yù)置或改變初始電流和電壓條件來計(jì)算電力系統(tǒng)電流等； 4)功能強(qiáng)大，除了可進(jìn)行電力系統(tǒng)的連續(xù)時(shí)域仿真，通過采用固定步長的梯形積分法，可以先離散化電力系統(tǒng)模 型 ， 再 進(jìn)行仿真，從而大夫提高仿真速度。 3． 2 MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 在前面已經(jīng)介紹過，在 Simulink中專門設(shè)置了電力系統(tǒng)“ SimPowerSystems”的模塊庫，包括 10類模塊庫。從電源、線路元件、電力電子元件到電機(jī)元件等，幾乎囊括了現(xiàn)今電力系統(tǒng)中所有元件的類型和種類。機(jī)器或元件的相關(guān)參數(shù)可以自己進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試。這樣即可以對(duì)現(xiàn)實(shí)真實(shí)的線路進(jìn)行仿真模擬。并且得到相應(yīng)情況或故障時(shí)相關(guān)分量，如電壓、電流的幅值、相位等所關(guān)心的問題。元件庫種類齊全，參數(shù)自行設(shè)置，使得 MATLAB可以對(duì)現(xiàn)實(shí)中任意的線 路進(jìn)行模擬。這樣既可加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的深化和理解，同時(shí)也可以對(duì)相應(yīng)工程的設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)置等相關(guān)量的范圍有大致較為準(zhǔn)確的了解。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 36 頁 4 經(jīng)消弧線圈單相接地故障仿真 4． 1 選線原理 本論文利用零序電流電壓即相關(guān)量進(jìn)行仿真分析，再通過仿真的波形結(jié)果，進(jìn)行計(jì)算后得出選線的結(jié)果。 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，非故障線路的保護(hù)流過的零序電流為該線路本身非故障相的對(duì)地電容電流之和，其方向從母線指向線路。而故障線路的保護(hù)通過的零序電流為所有非故障線路零序電流之和，其方向是從線路流向母線的。零 序電流保護(hù)便是利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障線路始端零序電流將變大。零序電流保護(hù)一般用在有條件安裝零序電流互感器的線路上，適用于支線比較多的系統(tǒng)。發(fā)生接地故障后，一般發(fā)出信號(hào)，直接指出故障線路。在有些無人值班的變電站中，發(fā)生接地故障后直接跳閘。 單相接地故障主要特征 ： 1)零序電壓互感器開口電壓通常為零 (實(shí)際上由于不平衡電壓的影響小于 5V)，接地后接近 l00V，其中：金屬性接地，經(jīng)電阻接地 U02∈ (30， 100)。 2)非接地線路 (設(shè)線路序號(hào)為 K)的零序電流 IOK為該線 路對(duì)地等效電容電流，相位超前零序電壓 U0為 90176。 3)接地線路零序電流 I0 和非接地線路的零序電流方向相反，即相位滯后零序電壓 U0是 90176。，且等于所有非接地線路中電容電流與變壓器中性點(diǎn)電流之和。 4) 對(duì)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，零序電流 5 次諧波對(duì)以上結(jié)論成立。 利用零序電流的相關(guān)性進(jìn)行中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線的一種新方法，以解決當(dāng)零序電流中含有較強(qiáng)直流分量時(shí)由于電流互感器飽和引起電流采集信號(hào)波形畸變帶來的選線失效問題。消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，非故障線路的零序電流波形是相似的，而故障線 路零序電流波形與非故障線路差別較大。利用現(xiàn)代信號(hào)處理方法計(jì)算出其相關(guān)系數(shù)，分析各線路零序電流的相似性，確定故障線路。根據(jù)該原理開發(fā)了選線裝置，并進(jìn)行了實(shí)時(shí)數(shù)字仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證在各種工況下都可以正確地選出故障線路。本方法有如下特點(diǎn)： 1）適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)； 2）當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在電壓相位角較小時(shí)發(fā)生故障，由于直流分量的影響，故障線路零序電流波形畸變，本方法充分利用該信息，解決了其他方法在 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁 共 36 頁 此情況下誤選的問題； 3）利用零序電流波形的相似性而不利用幅值選線，抗過渡電阻能力強(qiáng) ； 4）自身有濾波作用，抗干擾能力強(qiáng)。 利用零序電流方法判斷時(shí)， 流過故障線路的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線路對(duì)地電容電流之和 (故障線路零序電流最大 )。只要通過比較零序基波電流幅值和自身電容電流大小就能確定出故障線路。分別比較每條線路零序電流和其他線路零序電流之和，相等的那條線路就是故障線路，若均不相等，則為母線故障；預(yù)先計(jì)算出每條饋線對(duì)地電容大小，單相接地時(shí)比較測(cè)得的零序電流是否與本線路電容電流大小相等，若相等為故障線路，若所有線路均相等，則為母線故障。 利用零序有功功率方法判斷，該方法在 使用在自動(dòng)跟蹤消 弧電抗器的小電流接地系統(tǒng)中，利用消弧線圈串聯(lián)非線性電阻的特點(diǎn)，在發(fā)生接地故障后、非線性電阻被短接前，非故障線路不與消弧線圈構(gòu)成低阻抗回路，零序電流為本身接地電容電流。故障線路經(jīng)接地點(diǎn)與消弧線圈構(gòu)成低阻抗回路，零序電流為所有非故障線路電容電流及 LR串聯(lián)支路電流向量之和，故障線路有功電流明顯大于非故障線路，通過檢測(cè)各線路零序電流有功分量大小就可確定故障線路。該方法零序電流中有功分量較小，不利于選線，仍存在 TA不平衡電流的影響。 利用 5次諧波分量判斷， 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)消弧線圈是針對(duì)基波設(shè)計(jì)，基波零序電流幾乎被消 弧線圈電感電流抵消。與基波情況相比較，消弧線圈在 5次諧波下感抗為基波下的 5倍，通過消弧線圈的電感電流減小到 1／ 5，而線路容抗在 5次諧波下減小到 1／ 5時(shí) 5次諧波容性電流就增大到 5倍，可近似認(rèn)為消弧線圈對(duì) 5次諧波電流是開路的。故障點(diǎn)非線性因素會(huì)產(chǎn)生諧波電流，其中以 5次諧波分量為主。在發(fā)生單相接地時(shí) 5次諧波電流在各線路上的分布與基波零序電流相同。除基波零序分量以外，諧振接地系統(tǒng)中 5次諧波電流最大 (為非故障線路的總和 )。根據(jù) 5次諧波電流大小、方向或功率方向找出故障線路。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 36 頁 4． 2 線路模型建立 圖 經(jīng)消弧線圈接地單相故障仿真圖 圖 回 路的仿真模型。因?yàn)樾‰娏鹘拥叵到y(tǒng)是供電系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，根據(jù)電網(wǎng)分割理論和等效代換理論，可將小電流接地系統(tǒng)從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中單獨(dú)獨(dú)立出來，將小電流接地系統(tǒng)的輸入端以一個(gè)帶內(nèi)阻抗的無窮大容量的三相電壓源等效，輸出端以一個(gè)并聯(lián)的 RLC回路代替后面電路