配电网故障选相及定位方法研究

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快速准确的故障选相和故障定位方法能够使维修人员尽快找到并排除故障,有效地缩短停电时间,提高供电可靠性。相比于输电网,配电网的故障定位技术还不成熟。主要原因包括:配电网结构复杂、分支众多;运行方式灵活多变;线路长度较短,对定位精度的要求远高于输电网。同时,故障定位技术也是发展直流配电网必须解决的问题。因此,为了提高配电网的供电可靠性,建设坚强、可靠、高效的智能配电网,有必要对配电网的故障定位方法进行深入的研究。  本文主要在交流配电网的故障选相、故障定位和直流配电网的故障定位方法等方面展开研究。主要研究内容如下:  (1)在进行故障定位之前,有必要先确定故障相,即故障类型辨识。本文提出一种基于小波模极大值谱与径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的故障选相方法。该方法利用故障电流分量突变点的小波模极大值谱构造出含有七个元素的特征向量,利用大量故障样本的特征向量对RBF神经网络进行训练,从而构造出故障分类神经网络。通过仿真算例对该方法的可靠性和适应性进行了验证,结果表明该方法对过渡电阻、故障初相角、负荷变化等因素具有较强的适应性。物理模拟实验结果验证了该方法的有效性。  (2)本文将故障行波分解为正、反向分量,综合比较各分支点的正、反向行波分量特征确定故障区间。在此基础上,针对目前尚未解决的小电流接地系统的单相接地故障定位问题,本文提出了一种基于零模行波衰减特性的交流配电网单相接地故障测距方法。零模行波在传输过程中发生衰减,由于各频率分量衰减速度不同,高频分量与低频分量的幅值之比随传输距离发生改变。该幅值比和故障距离形成对应关系。因此,可以通过计算测量点处首波头中两个特定频率分量的幅值比来实现故障测距。为测量行波波头中的频率分量幅值比,本文提出利用故障样本建立行波波头的不同尺度下的小波模极大值比与频率分量幅值比之间的对应关系,然后可以由实际故障时的波头模极大值比得到故障行波的频率分量幅值比,进而确定故障距离。该方法避开了传统的行波测距方法对行波速度和波头到达时间的依赖,从而避免了色散效应对测距精度的影响。  (3)直流配电技术是当前的一个研究热点,但目前对直流配电网的故障定位技术尚鲜有研究。本文针对直流配电网有效接地和非有效接地两种接地运行方式,分别提出了相应的故障定位方法。直流侧非有效接地的直流配电网在发生单极接地故障时有以下特征:正、负极间线电压不变,可以继续运行;线路上没有明显的过电流;流过接地点的故障电流仅为分布电容的暂态充放电电流;暂态过程结束后,接地点不再有明显的电容充放电电流,仅有幅值极小的高频谐波电流;接地点残余电压的直流分量为零。基于上述特征,本文提出首先通过比较各个分支点的暂态电容电流确定故障区间,然后利用故障极残余电压确定故障点的故障定位方法。  (4)对于直流侧有效接地的直流配电网,发生双极短路故障或单极接地故障时均有明显过电流,需要由断路器尽快开断。本文提出在隔离后的线路上投入带有初始电压的电容器元件,并利用Prony算法分析电容器在故障回路上的放电电流,从而提取故障回路的特征参数,计算故障距离。仿真和实验结果证明了该方法的有效性。
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