【文章內(nèi)容簡介】 .................................................................55 基于小波算法的故障定位算法的分析 ................................................................................55 小波變換的定義 ...........................................................................................................56 多分辨率分析 ...............................................................................................................57 基于小波算法的信號奇異性分析 ................................................................................60 小波算法消噪分析 .......................................................................................................61 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) ................................................................................................................63 數(shù)據(jù)測量部分軟件設(shè)計(jì) ...............................................................................................65 GSM 無線通訊的實(shí)現(xiàn) ....................................................................................................67 ZigBee 通信的軟件設(shè)計(jì) ..............................................................................................70 本章小節(jié) ..............................................................................................................................73第六章 系統(tǒng)性能測試及結(jié)果 ....................................................................................................74 數(shù)據(jù)采集精度測試 ................................................................................................................74 大電流試驗(yàn) ...........................................................................................................................75 高電壓實(shí)驗(yàn) ...........................................................................................................................76第七章 總結(jié)與展望 .......................................................................................................................78 總結(jié) .......................................................................................................................................78 展望 .......................................................................................................................................79參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................................................................................80謝 辭 ............................................................................................................................................84上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝第一章 緒論 輸電線路故障定位研究的意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力的需求也與日俱增，大容量，遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)是我國電網(wǎng)發(fā)展的趨勢和特點(diǎn)。2022年12月27日，國家電網(wǎng)公司黨組會(huì)議提出發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為核心的堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想。2022年9月13日，晉東南－南陽－荊門1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程變電站及線路大跨越工程初步設(shè)計(jì)正式通過了審查，這標(biāo)志著特高壓交流試驗(yàn)示范工程進(jìn)入全面建設(shè)階段。特高壓和智能電網(wǎng)已成為我國電網(wǎng)發(fā)展的新方向。電壓等級的提高對電力系統(tǒng)輸電線路的安全運(yùn)行也提出了新的挑戰(zhàn)。輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)電能的輸送，它的正常運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。由于高壓輸電線路往往較長，而且途中地理和氣候環(huán)境比較復(fù)雜，故障的發(fā)生不可避免。特別是隨著輸電線路電壓等級和輸送容量的不斷提高，輸電線路故障往往帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至導(dǎo)致電網(wǎng)的崩潰。高電壓等級的架空輸電線路輸送容量大，工作環(huán)境惡劣，尤其是在環(huán)境惡劣的高山叢林地區(qū)，山區(qū)線路桿塔跨距和導(dǎo)線垂弧大，容易發(fā)生風(fēng)偏短路事故。叢林地段由于地理、氣候的原因，雷雨季節(jié)經(jīng)常發(fā)生對樹枝放電而引起的短路故障。對于輸電線路的故障點(diǎn)的確定，傳統(tǒng)的方法是運(yùn)行人員通過對故障錄波信息的分析，確定故障點(diǎn)的可能位置，然后由巡線人員到現(xiàn)場對線路進(jìn)行巡檢，找出故障點(diǎn)位置，這種方法消耗大量的人力物力，而且耗時(shí)，不能滿足如今社會(huì)的電力需求，經(jīng)濟(jì)性很差。如果能夠根據(jù)不同的故障特征快速準(zhǔn)確地判定故障點(diǎn)，不僅能有助于及時(shí)修復(fù)故障線路，而且能大量節(jié)省巡線的人力和物力，確保整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少因停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益 [1,2]。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝 故障定位方法研究的發(fā)展二十世紀(jì)五十年代中后期，人們就開始了利用行波對架空線的故障測距研制。六十年代中期，人們對多傳輸線的行波傳輸規(guī)律有了較為深刻的認(rèn)識，加上電子技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了行波測距的發(fā)展。七十年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是微機(jī)保護(hù)和故障錄波裝置的開發(fā)和投運(yùn)，加速了故障測距技術(shù)實(shí)用化的進(jìn)程。與此同時(shí)，故障測距算法也得到了較快的發(fā)展。1979年M．T．Sant和GPaithanka首次提出了利用一端電壓和電流的適用于單端電源系統(tǒng)的故障定位方法。1982年Takagi和1983年A．Wisznicwski先后提出利用故障前后的電氣量，將電力網(wǎng)絡(luò)分解成正常狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)和故障分量網(wǎng)絡(luò)，考慮負(fù)荷電流的影響，并且求取故障分量電流分布系數(shù)解決兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的影響。1985年L．Eriksson考慮了系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，提出了遠(yuǎn)端饋入補(bǔ)償算法，應(yīng)用解二次方程的方法求解故障距離。1988年Sachdev和Agaral提出了最早的雙端測距思想 [36]。 國內(nèi)外故障測距研究現(xiàn)狀和主要方法故障定位技術(shù)在國內(nèi)外許多專家學(xué)者的共同努力下，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，己經(jīng)取得了很多有價(jià)值的成果。但是電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，影響故障定位精度的因素很多，對輸電線路精確故障定位到目前為止還有很多問題沒有完全解決。當(dāng)前輸電線路故障定位方法主要有兩類 [7]:一類是阻抗法，另一類是行波法。 阻抗法線路故障時(shí)故障回路的阻抗(電抗)與故障距離成正比，阻抗法即通過故障時(shí)測量到的電壓、電流通過求解以差分或微分形式表示的電壓平衡方程計(jì)算出故障回路阻抗上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝(電抗)來估算故障距離。包括單端法和雙端法 [8]。單端阻抗測距法多以線路集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)，其本質(zhì)是本質(zhì)根據(jù)測量端單端的電壓、電流之間的關(guān)系，從中消去未知量，得到含故障距離 x 的方程。從計(jì)算的角度而言，可簡單歸結(jié)為迭代法和解二次方程法。若忽略被測線路的分布電容，可以采用解微分方程法計(jì)算?？梢圆捎秒娏飨辔恍拚ɑ蛘吡阈螂娏飨辔恍拚ㄌ岣叨ㄎ痪?。迭代法有時(shí)可能出現(xiàn)收斂到偽根或難以收斂甚至不收斂的情況，解二次方程法存在區(qū)內(nèi)偽根的問題。此方法的定位精度不高主要是由于不能消除故障點(diǎn)過渡電阻、對端系統(tǒng)運(yùn)行阻抗、負(fù)荷電流等因素的影響，不適合長距離輸電線路 [911]。雙端阻抗測距算法有很多，一般可以分為兩類，一是基于兩端同步采樣數(shù)據(jù)的算法，算法簡單，但同步采樣不易實(shí)現(xiàn):二是基于兩端非同步采樣數(shù)據(jù)的算法，要求對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行同步化，算法復(fù)雜，計(jì)算量大 [1214]。雙端法都必須使用信道來傳遞線路兩端信息，兩端的同步誤差會(huì)對定位精度帶來較大影響。利用雙端信息的阻抗法原理上可以消除過渡電阻等的影響，做到精確測距，但是要求硬件成本較高，雙端同步的方法需要 GPS 提供同步時(shí)鐘。 行波法 [1523]行波定位是建立在考慮輸電線路的分布參數(shù)，直接利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號，并對其進(jìn)行分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上的。各種行波測距方法主要分為 A, B,C, D 四類:A 型是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)母線后反射到故障點(diǎn)，再由故障點(diǎn)反射后到達(dá)母線的時(shí)間差來測距； B 型是在遠(yuǎn)端設(shè)置信號發(fā)生裝置，在近端接收到故障行波后開始計(jì)時(shí)，遠(yuǎn)端接收到故障行波后發(fā)射脈沖信號，近端接收到脈沖信號后停止計(jì)時(shí)，從而故障距離是所測時(shí)長與行波波速乘積的一半； C 型是在故障發(fā)生后從線路一端注入高頻脈沖信號或直流脈沖信號，利用故障點(diǎn)波阻抗不連續(xù)產(chǎn)生的反射波實(shí)現(xiàn)測距；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝 D 型是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的向兩側(cè)母線運(yùn)動(dòng)的行波到達(dá)母線的時(shí)間差來判斷故障位置。其中 A 型和 C 型是單端法，B 型和 D 型是雙端法。其中 B 型和 C 型需要使用脈沖和信號發(fā)生裝置。B 型需要單獨(dú)的通信信道，而 C 型中注入的高頻脈沖信號的檢測會(huì)受到本身故障行波的影響。這兩種方法在行波測距法發(fā)展的早期得到過應(yīng)用，但投資較大。近幾年的研究主要集中在 A 型和 D 型行波測距方法上。也就是現(xiàn)在我們通常所指的單端測距和雙端測距方法。值得一提的是根據(jù)故障后斷路器的分閘和重合閘所產(chǎn)生的行波又發(fā)展出了 E 型和 F 型測距方法。 (1) 單端行波測距以電流行波作為分析對象，圖 11 中表示了單端行波故障測距算法所用到的折、反射波。測距裝置裝在 M 端母線側(cè)，若取母線 M 到線路 N 的方向?yàn)檎较颍瑒t 為從1fmu?故障點(diǎn)到達(dá)母線的初始電壓行波，為一反向行波信號； 為經(jīng)母線 M 反射的正向行波mfu?浪涌； 為經(jīng)故障點(diǎn)又返回 M 端的反向行波。 到達(dá) N 側(cè)母線的初始故障行波經(jīng)過2fmu? n?N 側(cè)母線反射，又經(jīng)過故障點(diǎn) F 透射而到達(dá) M 側(cè)母線的反向行波浪涌。圖 11 單端行波故障測距該模式使用的是反向行波信號 和 ，設(shè)在線路 M 側(cè)測距裝置的裝設(shè)點(diǎn)處，感1fmu?2f受到故障初始行波 到達(dá)的時(shí)間為 ，其反射波又經(jīng)過故障點(diǎn)反射后的反向行波浪涌1fmu?0t到達(dá)的時(shí)刻為 , 設(shè)行波傳播的速度為 ，則故障點(diǎn)距離母線 M 的距離 為:2fmu?t vl (11)10()2tl???上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝這種模式要求必須能夠精確的判斷出故障初始行波再次經(jīng)過 F 點(diǎn)反射后的反射波 到2fmu?達(dá) M 側(cè)的時(shí)刻。由于行波傳輸過程中衰減較大，使得故障點(diǎn)反射行波波頭的辨識變得復(fù)雜，從而可能導(dǎo)致定位失敗。（2）