【正文】 地，采用補(bǔ)償度為10％的過補(bǔ)償方式，故障發(fā)生在相電壓最大值時(shí)，即故障相角為90O，距母線N20km的線路L3處，接地電阻為50歐。仿真可得線路L1，L2，L3，L4的零序電流及其在20個(gè)周期內(nèi)的諧波分量，如圖4一l和圖4—2所示圖42諧振接地系統(tǒng)單相接地故障線路3，4的諧渡分量表4一1是計(jì)算出各線路的諧波畸變率，線路L3中的THD最大，可知線路L3有較多的諧波含量。表4．1薦線躥零序電流諧波畸變率選線結(jié)果為線路L3是故障線路，選線正確。 (3)注入信號(hào)法注入信號(hào)法配電網(wǎng)單相接地故障選線基本原理如圖43所示：圖43注入信號(hào)法選線原理圖(4)暫態(tài)零序電流互積求和法第二章中小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)分析可知，暫態(tài)電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，且不受中性點(diǎn)接地方式的影響。但暫態(tài)分量的大小很容易受到干擾，所以在干擾信息偏大的情況下比較暫態(tài)電流分量幅值可能會(huì)帶來困難。因此，本文在能量法的基礎(chǔ)上提出利用測量的線路零序電流的暫態(tài)分量與其他線路的暫態(tài)分量之積后求和來判斷故障線路，其信息量大，干擾信息將被大量信號(hào)所淹沒，使抗干擾能力大為加強(qiáng)。 (5)基于衰減直流分量的故障選線方法由第二章小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)分析可知，當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過故障線路的零序電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流兩部分疊加而成，其中第一項(xiàng)為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，其余為接地電流的暫態(tài)分量，等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感電流的暫態(tài)直流分量之和，對(duì)于非故障線路而言，其流經(jīng)的零序電流中只含有暫態(tài)電容電流分量，而不含有電感電流分量。所以當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零點(diǎn)附近時(shí)，相對(duì)于非故障線路，故障線路零序電流中含有非常明顯的衰減直流分量。而當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零點(diǎn)時(shí)，故障線路會(huì)出現(xiàn)明顯的衰減直流分量。(6)基于小波包分析的故障選線方法小波包分析是小波理論的發(fā)展，能夠?qū)Ω哳l的小波空間進(jìn)一步分解，從而可將高頻信號(hào)中的各種頻率分量進(jìn)一步細(xì)分到各個(gè)頻帶上，并能根據(jù)被分析信號(hào)的特征，自適應(yīng)地選擇相應(yīng)頻帶，使之與信號(hào)頻譜相匹配，從而提高了時(shí)頻分辨率。4．5．1仿真模型的建立利用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD／EMTDC，建立一個(gè)電壓等級(jí)為220kV／35kV五條饋線的小電流接地系統(tǒng)仿真模型，五條饋線長度分別為20km、30km、40km、45km和50km，全部采用相同負(fù)載。模型中注入信號(hào)裝置與母線之間的斷路器閉合時(shí)，則向系統(tǒng)注入一特定頻率信號(hào)電流，該模型中的注入信號(hào)電流峰值為1OA．頻率為225Hz。本文仿真實(shí)驗(yàn)所使用的系統(tǒng)采樣頻率為lOkHz。4．5．2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)故障仿真及數(shù)據(jù)分析參照小電流接地系統(tǒng)仿真模型，斷路器斷開狀態(tài)，該模型為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)模型，所以多判據(jù)模糊模型中的基于諧波畸變率及衰減直流分量的選線判據(jù)不再適合。(1)算例1：在離母線20km線路L3處，t=O．1s，A相發(fā)生接地故障，故障相角為0。，接地電阻=lOO歐。 (2)算例2：由算例1的模型，在t=0．1s時(shí)，母線A相發(fā)生接地故障，故障相角為0，接地電阻Rf=100歐。由加權(quán)后的模糊集即各線路的故障測度可以得出母線為故障線路。(3)方法有效性驗(yàn)證本文采用算列1的方法和模型對(duì)不同故障相角、不同接地電阻分別進(jìn)行了仿真，其中基于零序電流群體比幅法和注入信號(hào)法利用的是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值選線，可以忽略相角的影響，所以，在仿真時(shí)相角取任意值。5 基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法從第三章中的現(xiàn)有選線方法以及第四章中建立的基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法可以看出，這些方法都是在沒有故障樣本的情況下選線，而已有故障樣本中其實(shí)含有對(duì)新故障選線的大量有利信息。本章就是利用已有的故障樣本，通過灰關(guān)聯(lián)分析推斷出新故障樣本的故障線路。5．1灰關(guān)聯(lián)分析理論 (1)數(shù)據(jù)變換灰關(guān)聯(lián)分析在實(shí)際應(yīng)用中，所有的這些向量均是來源于實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)據(jù)序列，因此必然具有相應(yīng)的物理量綱，數(shù)值上差異可能很大，甚至相差若干個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣就會(huì)使得數(shù)值較小的項(xiàng)目可能失去作用，而數(shù)值較大的項(xiàng)目又可能被夸大，從而失去公共的交點(diǎn)，而這些數(shù)據(jù)時(shí)常又不存在運(yùn)算關(guān)系。為了保證參與分析的數(shù)據(jù)序列基本處于同一數(shù)量級(jí)，因此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之無量綱化和歸一化。這就提出了數(shù)據(jù)變換問題，在灰關(guān)聯(lián)分析中常用的數(shù)據(jù)變化有初始化處理、均值化處理和區(qū)間值化處理。在這里簡單介紹均值化處理。均值化處理就是對(duì)一個(gè)數(shù)列的所有數(shù)據(jù)均用它的平均值去除，從而得到一個(gè)新數(shù)列。 (2)灰關(guān)聯(lián)序。在關(guān)聯(lián)分析中，關(guān)心的是關(guān)聯(lián)度大小的排序，而不是關(guān)聯(lián)度的實(shí)際大小。關(guān)聯(lián)度的大小只是元素相互作用、相互影響的外在表現(xiàn)，而關(guān)聯(lián)序才是實(shí)質(zhì)，灰關(guān)聯(lián)分析的目標(biāo)就是找出關(guān)聯(lián)序，通過關(guān)聯(lián)序而得到想要的結(jié)果。5．2基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法由前面分析可知，灰色關(guān)聯(lián)分析在故障選線中主要的優(yōu)點(diǎn)是：首先，利用已有的典型故障樣本可以使待測故障的某一信息特征量得到充分的反映；其次，利用已有的故障樣本中含有豐富的選線信息，可以增加新的故障樣本選線的信息冗余度，提高狀態(tài)識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性。其基本原理為：用表征各出線及母線接地故障時(shí)的各出線的特征量組成該系統(tǒng)的典型故障樣本，建立典型故障樣本空間；通過比較待測故障與典型故障樣本之間的關(guān)聯(lián)度判基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法步驟如下：(1)首先對(duì)系統(tǒng)每條出線和母線建立起典型故障樣本，形成一個(gè)典型故障樣本空間；(2)采用一定的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)待檢測的故障樣本和典型故障樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)變換；(3)選取適當(dāng)?shù)姆直嫦禂?shù)；(4)求出待測的故障樣本與典型故障樣本之間的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)；(5)由灰關(guān)聯(lián)系數(shù)求出待測的故障樣本與典型故障樣本之間的灰關(guān)聯(lián)度，進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)度排序，從而得到灰關(guān)聯(lián)序；(6)最后，根據(jù)灰關(guān)聯(lián)序，最大灰關(guān)聯(lián)度確定為故障線路。5．3本章小結(jié)傳統(tǒng)的選線方法只利用待測故障的故障信息選線，而沒有利用到已有故障樣本中含有大量對(duì)故障選線有利的信息，本章在基于對(duì)已有故障樣本的故障信息分析的基礎(chǔ)上，提出利用灰關(guān)聯(lián)分析對(duì)新的待測故障樣本進(jìn)行選線，建立了基于注入信號(hào)峰值和零序電流小波包分解系數(shù)的灰關(guān)聯(lián)分析故障選線方法。利用前一章所建的小電流接地系統(tǒng)仿真模型，仿真了不同故障情況下基于灰關(guān)聯(lián)分析方法的選線，選線結(jié)果證明了本章所提出選線方法的準(zhǔn)確性和可靠性。本章提出的選線方法可以與第四章所構(gòu)造的基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法相結(jié)合，能起到有效的驗(yàn)證作用，選線的精度將得到大大加強(qiáng)?？傊?，基于灰關(guān)聯(lián)分析的選線方法從選線思路上有別于傳統(tǒng)的選線方法，開辟了一條新的故障選線道路，針對(duì)目前小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線困難、選線精度不高具有一定的現(xiàn)實(shí)意。6 結(jié)論與展望我國中低壓配電網(wǎng)廣泛采用小電流接地方式，單相接地故障選線對(duì)提高我國中低壓電網(wǎng)供電可靠性方面起著非常重要的作用?，F(xiàn)有的小電流接地系統(tǒng)選線原理很多，有利用電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電氣量特征選線，有利用電網(wǎng)暫態(tài)電氣量特征選線，各個(gè)方法均具有一定的可行性，但都存在著各自的使用局限性，使得小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線成為困擾電力企業(yè)的一大難點(diǎn)。本文針對(duì)小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線問題，做了大量的理論分析和實(shí)踐工作，以及相應(yīng)的結(jié)論和成果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)系統(tǒng)分析了小電流接地電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生后的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)量特征，分析現(xiàn)有各種故障選線方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，以及選線困難的主要原因，論述了對(duì)各種選線方法進(jìn)行綜合處理的必要性，指出了利用多種選線判據(jù)的綜合選線研究方向。(2)對(duì)己提出的綜合選線方法加以改進(jìn)，融合了零序電流群體比幅法、注入信號(hào)法、基于零序電流諧波畸變率特性選線、衰減直流分量選線法、小波包分析選線法以及暫態(tài)零序電流互積求和法等六種選線方法，構(gòu)造了一種基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法。對(duì)各種單一選線方法設(shè)定了故障測度隸屬函數(shù)和各方法權(quán)重系數(shù)隸屬函數(shù)，最后根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及多種故障特征量，通過模糊決策得到最終的選線結(jié)果。并利用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD／EMTDC，搭建小電流接地電網(wǎng)的模型，仿真各種不同情況下的單相接地故障，應(yīng)用所提出的基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線體系進(jìn)行選線。結(jié)果表明了該綜合選線方法具有很強(qiáng)的耐受過渡電阻能力、適用不同故障相角能力，以及所選的各種單一選線方法具有良好的互補(bǔ)性，擴(kuò)大了正確選線的故障情況適用范圍，有效地提高了選線結(jié)果的可靠性。(3)目前傳統(tǒng)的選線方法只利用待測故障的故障信息選線，而沒有利用到已有故障樣本中含有大量對(duì)故障選線有利的信息，本文在基于對(duì)已有故障樣本的故障信息分析的基礎(chǔ)上，提出利用灰關(guān)聯(lián)分析對(duì)新的待測故障樣本進(jìn)行選線，建立了基于注入信號(hào)和小波包分解的灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法。應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD／EMTDC對(duì)小電流接地電網(wǎng)的各種不同故障情況進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所建立的選線體系的可行性?；诨谊P(guān)聯(lián)分析的選線方法從選線思路上有別于傳統(tǒng)的選線方法，開辟了一條新的故障選線道路，與所建立的基于模糊理論多判據(jù)綜合選線方法相結(jié)合，能起到有效的驗(yàn)證作用，選線的精度將得到大大加強(qiáng)，針對(duì)目前小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線困難具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線是多年來一直沒能很好解決的一個(gè)難題。本文所述的基于模糊理論的綜合選線方法和基于灰關(guān)聯(lián)分析的選線方法適用性強(qiáng)、靈敏度高、容易實(shí)現(xiàn)，且二者結(jié)合能起到有效的補(bǔ)充。由于條件有限，本文所提出的選線體系只在數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，因此本文的研究還需要在實(shí)際系統(tǒng)中不斷檢驗(yàn)和改進(jìn)。要想真正解決這一難點(diǎn)還任重而道遠(yuǎn)，后續(xù)的研究還需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行努力：(1)本文所述的多判據(jù)綜合選線方法是開放性的，針對(duì)不同的實(shí)際小電流接地系統(tǒng)，多種選線判據(jù)均可以自由加入，基于這點(diǎn)考慮，進(jìn)一步探索新的更有效的選線判據(jù)，更好的彌補(bǔ)判據(jù)之間的互補(bǔ)性問題，將成為選線問題后期的任務(wù)之一。(2)隸屬函數(shù)的確定并不是絕對(duì)的，它是種軟函數(shù)，在應(yīng)用中根據(jù)各種實(shí)際情況和結(jié)果可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。針對(duì)實(shí)際中具體的小電流接地系統(tǒng)，本文所提的隸屬函數(shù)可采用不同的方法確定，甚至在需要的時(shí)候，可根據(jù)專家判斷決定隸屬函數(shù)。所以隸屬函數(shù)應(yīng)該是在實(shí)踐中不斷地修正，以保證隸屬函數(shù)確定得比較合理，比較符合實(shí)際情況，更好的體現(xiàn)各種單一判據(jù)的優(yōu)勢，這將成為選線問題最重要的后期任務(wù)。(3)本文所建立的基于灰關(guān)聯(lián)選線方案僅僅完成了理論上和數(shù)字仿真上的實(shí)現(xiàn)，還有待于實(shí)際系統(tǒng)中的檢驗(yàn)和驗(yàn)證。所建立的典型故障樣本能較好的應(yīng)用于仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，但是在實(shí)際系統(tǒng)中單相接地故障各種各樣，故障特征量也容易受到干擾，因此在實(shí)際系統(tǒng)中，如何獲取完備、完善的典型故障樣本，也將成為后續(xù)任務(wù)之一，這往往需要長時(shí)間的積累。致 謝致 謝本文是在導(dǎo)師 的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。感謝老師在學(xué)習(xí)中對(duì)我的關(guān)懷和教誨。使我對(duì)接下來的任務(wù)有了更深的理解，對(duì)我的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響，使我受益匪淺。值此論文完成之際，特向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。在此，我再一次真誠地感謝所有支持和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們!參考文獻(xiàn)【1】要煥年，曹梅月．電力系統(tǒng)諧振接地[M]．北京：中國電力出版社．2000．【2】賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]．北京：中國電力出版社，2001．【3】黃芳，陳志軍，蔣曉宇．小電流接地系統(tǒng)故障選線算法綜述[J]．江蘇電機(jī)工程，2005?！?】李福壽．中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的運(yùn)行[M]．北京：水利電力出版社，1993．【5】馬珂，張寶會(huì)．中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)故障選線原理的發(fā)展與展望[J]．繼電器，【6】肖白，束洪春，高峰．小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法綜述[J]．繼電器，2001，29(4)：1620【7】鄭鵬鵬．小電流接地選線的工程實(shí)踐與技術(shù)探討[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2003，23 【8】薛永端．基于暫態(tài)特征信息的配電網(wǎng)單相接地故障檢測研究[D]．西安交通大學(xué)碩士論文，2003【9】牟龍華，孟慶海．供配電安全技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社．2003【10】李潤先．中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)[M]．中國電力出版社．2002【11】齊鄭，楊以涵．中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地選線技術(shù)分析[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(14)：I5【12】薛永端，馮祖仁，徐丙垠，陳羽，李京．基于暫態(tài)零序電流比較的小電流接地選線研究[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27(9)：4853