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保护用电流互感器铁心饱和相关问题的研究

作　者: 张新刚
导　师: 王泽忠
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 电流互感器铁心饱和奇异性神经网络实时最小二乘法
分类号: TM452
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

电力系统故障时,一次侧电流可达负荷电流的几十倍甚至上百倍,且含有衰减直流分量。在这种情况下,保护用P类电流互感器的铁心将会发生饱和,从而引起二次电流畸变、影响继电保护及其它二次设备的正常运行。本论文对P类电流互感器铁心饱和的相关问题进行了较为全面的研究,具体内容如下。1.建立了基于Preisach理论的电流互感器(CT)数字化模型。本论文引入Preisach理论,消除了电流互感器建模工作中,工作量和仿真精度之间的矛盾。新模型只需极限磁滞回环下降支、铁心尺寸和CT变比等少量易被直接获得的参数,即可较准确地仿真铁心内部磁化过程,从而得到准确的二次电流、激磁电流、铁心磁通密度等物理量的仿真结果。2.分析比较了新CT模型和工程中常用的其它CT模型的特点及适用范围。在此基础上,总结了保证仿真结果精度应注意的事项:①准确逼近全饱和区磁化轨迹,是得到准确的铁心饱和时段二次电流波形的必要条件;②准确仿真重合闸过程中CT铁心饱和情况需要准确仿真铁心磁滞效应。3.深入研究了一次电流波形、二次回路阻抗、铁心剩磁、铁心饱和磁通密度、铁心截面积、电流互感器匝数及电流互感器变比等因素对铁心饱和情况的影响。首次提出,剩磁对铁心饱和情况的影响并非长期存在,铁心饱和时,剩磁的影响会随时间迅速衰减。4.首次提出采用电流互感器二次侧感应电压的波形奇异性特征来检测铁心饱和。通过分析铁心饱和的物理过程,得到了二次侧电气量的两种波形奇异性特征;利用感应电压的波形奇异性特征形成检测判据,提出了实时检测铁心饱和的新方法,波形奇异法。新方法运算量小,因此,具有良好的实时性;新方法采用感应电压形成饱和检测判据,因此,能够消除二次负荷功率因数对饱和检测的影响;新方法采用能够反映铁心饱和本质特征的判据进行检测,因此,具有较高的准确性、稳定性和实用性,还具有广泛的适用范围。5.首次提出经过训练的线性神经网络能够对故障电流进行一阶预报,由此,提出了基于线性神经网络的二次电流畸变补偿方法。新方法将线性神经网络和波形奇异法的检测结果相结合,实现了二次电流畸变的实时补偿。由于线性神经网络结构简单,因此,新方法运算量小,具有很高的实时性。6.提出了基于实时最小二乘法的二次电流畸变补偿方法(RLS方法)。新方法通过估计一次电流的参数来实时补偿二次电流的畸变。与其它参数估计方法相比,实时

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-8
主要符号表  8-14
第一章绪论  14-27
  1.1 课题的背景与意义  14-16
  1.2 国内外的研究现状  16-25
    1.2.1 电流互感器建模研究现状  16-17
      1.2.1.1 忽略铁心磁滞效应的电流互感器模型  16
      1.2.1.2 考虑铁心磁滞效应的电流互感器模型  16-17
    1.2.2 铁心饱和检测研究现状  17-21
      1.2.2.1 仅采用电流互感器自身物理量的检测方法  18-20
      1.2.2.2 引入其它物理量的检测方法  20-21
    1.2.3 铁心饱和引起二次电流畸变的补偿研究现状  21-25
  1.3 论文的主要工作  25-27
第二章保护用电流互感器的建模研究  27-61
  2.1 基于 Preisach 理论的电流互感器数字化模型  27-51
    2.1.1 铁心磁化轨迹的特性  28-29
    2.1.2 Preisach 理论基本原理  29-31
    2.1.3 新型铁心磁化模型的建立  31-43
      2.1.3.1 铁心未深度饱和时磁化轨迹存在形式的确定  32-37
      2.1.3.2 铁心未深度饱和时磁化轨迹表达式的确定  37-42
      2.1.3.3 新型铁心磁化模型的运算流程  42-43
    2.1.4 电流互感器数字化模型的建立  43-51
      2.1.4.1 新寻解算法的提出  43-48
      2.1.4.2 仿真初始条件的确定  48-51
  2.2 电流互感器数字化模型的实验验证  51-59
    2.2.1 铁心极限磁滞回环下降支和深度饱和磁化曲线的测量  52-54
    2.2.2 铁心磁化模型仿真结果和实测数据的比较  54-55
    2.2.3 电流互感器数字化模型仿真结果和实测数据的比较  55-59
  2.3 本章小结  59-61
第三章电流互感器铁心饱和情况的仿真研究  61-84
  3.1 电流互感器铁心饱和概念的讨论  61-62
  3.2 不同电流互感器模型的比较研究  62-69
    3.2.1 不同电流互感器模型适用范围的讨论  62-68
    3.2.2 保证仿真结果精度需要注意的事项  68-69
  3.3 各种因素对铁心饱和情况的影响  69-81
    3.3.1 一次侧电流的波形  69-72
    3.3.2 二次回路阻抗  72-73
    3.3.3 铁心剩磁  73-75
    3.3.4 铁心饱和磁通密度  75-77
    3.3.5 铁心截面积  77-78
    3.3.6 电流互感器匝数  78-80
    3.3.7 电流互感器变比  80-81
  3.4 本章小结  81-84
第四章电流互感器铁心饱和检测的研究  84-108
  4.1 二次侧电气量的波形奇异性特征  84-87
    4.1.1 二次侧电气量的骤升与骤降  85
    4.1.2 二次侧电气量的差分特征  85-87
  4.2 基于波形奇异性特征检测电流互感器铁心饱和  87-94
    4.2.1 基本原理  87-88
    4.2.2 算法实现  88-94
      4.2.2.1 抑制噪声干扰的措施  88-89
      4.2.2.2 模极大值串的识别  89-91
      4.2.2.3 骤升和骤降特征的判定  91-92
      4.2.2.4 检测饱和结束的附加判据  92-93
      4.2.2.5 检测算法的流程图  93-94
  4.3 仿真分析与实验验证  94-106
    4.3.1 仿真分析  94-104
      4.3.1.1 新方法和基本差分法的比较  95-99
      4.3.1.2 采用i_(d,3) 作为启动单元和采用u_(d, 3) 作为启动单元的比较  99-102
      4.3.1.3 采用双阈值检测铁心饱和  102-103
      4.3.1.4 各种不同参数下的检测结果  103-104
    4.3.2 实验验证  104-106
  4.4 本章小结  106-108
第五章铁心饱和引起二次电流畸变补偿的研究  108-135
  5.1 铁心不饱和时段的确定  108-109
  5.2 基于线性神经网络的补偿方法  109-113
    5.2.1 线性神经网络简介  109-110
    5.2.2 采用线性神经网络补偿二次电流的畸变  110-113
  5.3 基于实时最小二乘法的补偿方法  113-118
    5.3.1 实时最小二乘法  113-115
    5.3.2 采用实时最小二乘法补偿二次电流的畸变  115-118
  5.4 仿真分析与实验验证  118-133
    5.4.1 线性 ANN 方法的仿真分析  119-124
      5.4.1.1 输入延迟系统的仿真分析  119-120
      5.4.1.2 线性 ANN 方法的补偿结果  120-124
    5.4.2 RLS 方法的仿真分析  124-131
      5.4.2.1 RLS 方法与 LS 方法的比较  124-128
      5.4.2.2 其它仿真实例的补偿结果  128-131
    5.4.3 RLS 补偿方法的实验验证  131-133
  5.5 本章小结  133-135
第六章铁心饱和检测及二次电流畸变补偿的实用化研究  135-161
  6.1 嵌入式系统的硬件设计  135-154
    6.1.1 硬件的原理设计  135-151
      6.1.1.1 DSP  136-141
      6.1.1.2 FLASH  141-142
      6.1.1.3 SRAM  142-143
      6.1.1.4 AD  143-144
      6.1.1.5 信号调理电路  144
      6.1.1.6 FIFO  144
      6.1.1.7 电平转换电路  144-145
      6.1.1.8 监控电路  145-146
      6.1.1.9 CPLD  146-151
    6.1.2 印刷电路板的电磁兼容性设计  151-154
      6.1.2.1 接地设计  151-152
      6.1.2.2 电源设计  152-153
      6.1.2.3 布线设计  153-154
      6.1.2.4 其它  154
  6.2 嵌入式系统的软件设计  154-156
  6.3 嵌入式系统的实验验证  156-159
  6.4 本章小结  159-161
第七章结论  161-164
参考文献  164-173
致谢  173-174
附录  174-180
  A.1 电流互感器的“T”型等效电路及参数  174-175
  A.2 “T”型等效电路的过渡过程分析  175-176
  A.3 二次侧电气量的近似解析表达式  176-180
    A.3.1 铁心不饱和时二次侧电气量的近似解析表达式  176-178
    A.3.2 铁心饱和时二次侧电气量的近似解析表达式  178-180
攻读博士学位期间发表的学术论文  180

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