频率相关参数的输电线路的数字模型及其应用

论文摘要

输电线路模型在暂态继电保护中起着非常重要的作用,本文利用投影变换和Poisson求和公式建立了频率相关参数的数字计算模型,并利用该模型建立了行波传播的数字计算方法,最后将该算法应用到线路保护中,取得了理想的效果。首先由函数逼近理论建立了有损有畸变的分布参数的数字模型,在此基础上建立了频率相关参数的数字计算模型,然而在行波的传播中关键是对传播函数和波阻抗系数的求取,本文利用Poisson求和公式,得到了传播函数和波阻抗的递归离散序列,由于传播函数的频率响应相当于IIR低通滤波器,所以利用Prony算法将其参数拟合为零极点的形式,减少了离散序列的个数,最终将行波的传播计算转化为系数个数很少的递归计算。将得到的传播系数应用到参数模型中,通过Matlab计算编程,实现了利用首端行波计算对侧行波的快速算法。在适合现有保护装置能够实现的较低采样频率下,通过仿真表明,利用该方法得到的传播函数比较精确,适合实时在线快速计算。与分布参数模型相比,频率相关模型所计算的行波误差比较小,当采样间隔为0.1ms时,行波的最大误差不超过1.4%,当采样间隔为0.01ms时,行波的最大误差不超过1%。在此基础上,分析电流行波故障特征,在频域内根据区外故障两侧行波满足传播关系,区内故障两侧传播关系被打破构造保护判据,提出了基于频率相关模型的全电气量的行波差动保护原理、算法和方案。大量的PSCAD仿真验证表明,该原理和方案具有较高的灵敏度和可靠性,且不受线路边界非线性特性的影响,计算快速简便,抗过渡电阻能力比较强,最高能达到500Ω。本文通过该算法得到的传播函数实现了线路快速保护的探讨,仿真分析也充分验证了行波差动保护的正确性和可行性,为电力系统新型继电保护原理提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.3 本文所做的工作
• 第二章 输电线路电磁暂态计算的数字模型
• 2.1 微分算子的投影与逼近
• 2.1.1 微分函数的正交投影
• 2.1.2 微分函数的投影逼近
• 2.1.3 微分算子投影的数值计算
• 2.2 输电线路行波传播的数字模型
• 2.2.1 均匀分布参数的输电线路数字模型
• 2.2.2 频率相关参数的输电线路数字模型
• 2.3 线路方程计算方法的改进
• 2.3.1 均匀分布参数的计算模型
• 2.3.2 频率相关参数的计算模型
• 2.3.3 Prony算法对传播函数的拟合
• 2.4 计算方法流程图
• 2.5 传播函数的仿真验证
• 2.5.1 均匀分布参数模型仿真验证
• 2.5.2 频率相关模型仿真验证
• 2.5.3 不同线路长度对传播函数的验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 输电线路行波的传播计算
• 3.1 行波传播的数字计算方法
• 3.2 行波传播计算的流程图
• 3.3 仿真验证
• 3.3.1 分布参数仿真结果的比较
• 3.3.2 频率相关参数仿真结果的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 含频变参数的电流行波差动保护的实现
• 4.1 频率相关模型的暂态故障分析
• 4.1.1 电流行波差动故障特征分析
• 4.1.2 制动电流行波
• 4.1.3 门槛值的选取
• 4.1.4 保护方案
• 4.2 PSCAD仿真验证
• 4.2.1 正向区内故障仿真
• 4.2.2 正向区外故障仿真
• 4.2.3 反方向故障仿真
• 4.2.4 不同故障类型和故障位置的仿真结果
• 4.2.5 过渡电阻对动作时间和灵敏度的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论及进一步的工作
• 5.1 本文的总结
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 有待解决的问题
• 致谢
• 参考文献