电网智能保护新技术的研究

保护的智能化、信息化是当前继电保护发展的主要特点。微机保护代替模拟保护 是保护发展的巨大飞跃，由于微机保护具有强大的计算能力和分析能力，因而有可能 充分地吸取现代信号处理及智能技术等众多边缘学科的优点，在实现对保护功能优化 的同时，从原理上提高保护现有的性能。本文对距离保护中的振荡问题和变压器保护 中的励磁涌流问题进行了探讨，在传统保护中这两个复杂状态识别问题未能得到很好 解决。本文利用模糊集理论和小波分析综合电气量的外在特征和内部规律实现保护的 状态识别。通信技术的发展是保护原理发展的推动力之一，随着微机保护信息化程度 的日益提高，电网保护与控制的一体化趋势越来越明显，其中以基于通信的配电网保 护最为典型。本文研究了适用于配电网保护与控制的网络化数字载波通信系统，并在 实现基于载波通信的配电网保护的基础上提出配电系统综合自动化的实现方案。论文 的内容主要包括以下几个方面： 1 振荡问题是距离保护研究的焦点，本文提出一种基于模糊集理论的识别电网振荡中 发生三相短路的新原理。电网振荡与三相短路是十分相似的两个状态，本文从反映 电气量波形的整体状态的改变入手，通过对振荡中心电压在振荡中及振荡中发生三 相短路后的状态变化进行跟踪识别，识别的过程模糊化，具有较好的时间响应与鲁 棒性。该原理同样适用于对振荡中相间故障的识别。 2 本文基于空间综合矢量的概念提出一种高精度的综合负序分量的概念与算法。负序 分量是实时监视系统中发生不对称故障的有效的特征量。现有的快速负序算法对系 统频率的变化过于敏感，在电网振荡时有较严重的不平衡输出，这在很大程度上影 响了负序分量的灵敏度，而综合负序分量不受频率变化的影响，具有很高的精度， 综合负序分量与零序分量相配合，能够灵敏可靠地识别出振荡中的接地故障。 3 本文提出了一种对振荡中发生的接地故障进行故障选相的新方法。对于距离保护而 言，振荡中的故障选相是保护识别并切除振荡中的不对称故障的关键环节。本文以 Isinφ元件为特征电气量，通过对三相Isinφ在振荡中发生不对称故障前后的状态 进行比较，实现振荡中的故障选相。 4 变压器保护的核心问题是励磁涌流的识别。本文提出一种利用小波分析区分变压器 励磁涌流和短路电流的新原理。涌流波形的间断角特征十分明显，但是现有的间断 角判据都未能充分发挥出基于计算机的数值计算和特征提取的判断与识别功能。小 波分析对于信号的奇异性十分敏感，小波变换的模极大值充分体现了信号奇异性的 大小和位置，本文通过对励磁涌流波形的小波变换的模极大值特征的分析，定性地 提取出励磁涌流的特征。 5 本文从描述波形不对称的角度，提出一种基于积分思想的识别变压器励磁涌流的新 华北电力大学博士学位论文 方法。该方法采用了积分运算，因而具有较强的鲁棒性，它与基于小波变换模极大 值的判据相配合，分别从电流波形的谐波含量和间断程度两个角度很好地提取了励 磁涌流的特征。最后采用模糊综合评判构成了识别励磁涌流的判据。 6 配电网保护的关键在于通信。本文提出并实现一种适用于配电网保护与控制的网络 化数字载波通信系统（NDLC），分析了配电网载波的特点及配电网载波通信的通道 衰耗，从实用化的角度研究了提高NDLC系统可靠性的措施及载波系统网络化的组 网原则。 7 本文提出并实现了基于网络化数字载波的配电网保护功能。在此基础之上提出一种 基于负序电流突变量的小电流接地故障选线、定段的新方案，该方案以分散布置的 FTU提取电流负序突变量特征为基础，利用横向、纵向的特征比较识别出故障线路 及故障区段。最后，在实现基于通信的配电网保护实现的基础上，提出了以功能优 化为鲜明特点的配电系统综合自动化方案。