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基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统

作　者: 秦倩
导　师: 黄纯
学　校: 湖南大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 故障录波继电保护故障分析算法软件设计电力系统
分类号: TM77
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

故障录波器在系统发生故障或出现振荡等异常情况时，自动地记录故障前、后过程中的电压、电流等电气量及继电保护的动作情况，为分析故障原因、检验继电保护动作行为提供了丰富的数据来源。本文研究故障录波数据处理、故障分析及继电保护装置数字模拟方法，设计开发基于故障录波数据的故障分析和继电保护动作特性分析软件。论文对故障录波数据的处理方法及基于录波数据的电气信号参数估计算法进行了研究。介绍了录波数据格式及转换方法，讨论了故障录波数据常用处理技术；针对故障信号中含有的非周期衰减直流分量和高频暂态分量，提出了基于最小二乘法和基于Prony算法的两种短路电流参数估计算法，给出了算法的具体推导过程和计算步骤，并针对故障录波信号分析的要求和特点，提出了提高参数估计精度的改进措施；仿真结果验证了所提算法及措施的可行性和有效性。论文重点研究继电保护特性分析方法。基于对电力系统线路保护、变压器保护和母线保护的微机实现原理和动作判据的剖析，设计了输电线路三段式电流保护、距离保护、纵联保护、变压器主保护、后备保护、励磁涌流闭锁，以及母线差动保护、CT饱和识别等继电保护动态模拟程序和分析程序，实现了线路、变压器和母线的继电保护动作过程的再现和特性分析。在Visual Basic6.0平台上设计开发了基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统。该系统通过“录波数据格式转换及文件管理”模块，实现故障录波文件的读取和管理、故障录波数据格式的转换；通过“故障波形再现及分析”模块，实现电力故障波形的再现、缩放、打印及其它波形处理，给用户提供灵活方便的故障波形观测和分析界面；通过“电网故障辅助分析”模块，完成任意时刻的电参量计算、矢量分析、序分量分析和谐波分析，并实现故障类型和故障相别自动辨识、故障测距，为电网故障分析提供辅助工具；通过“继电保护动作行为分析”模块，完成变电站保护装置配置，实现输电线路、变压器、母线等变电站主设备的继电保护装置动作特性分析的功能。本文开发的基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统，以故障数据作为原始输入，针对不同保护装置的工作原理，通过计算机开发相应的程序来模拟不同装置的动作过程，并直观得到分析结果。该软件能够弥补目前故障录波分析软件在分析评判继电保护动作行为方面的不足，可作为故障分析和继电保护动作特性分析的实用工具，从而进一步提高继电保护装置的正确动作率和运行水平。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景与意义  10-11
  1.2 故障录波分析和继电保护特性分析的研究现状  11-14
    1.2.1 故障录波数据处理及故障分析的研究现状  11-13
    1.2.2 继电保护仿真分析技术的研究现状  13-14
  1.3 本文工作  14-16
第2章故障录波分析中电气信号参数估计算法  16-30
  2.1 录波数据分析中的常用算法  16-20
    2.1.1 半周积分算法  16
    2.1.2 一阶微分算法  16-17
    2.1.3 二阶微分算法  17-18
    2.1.4 两点乘积算法  18
    2.1.5 全波傅氏算法  18-19
    2.1.6 全波差分傅氏算法  19
    2.1.7 卡尔曼滤波算法  19-20
  2.2 短路电流参数估计算法  20-24
    2.2.1 最小二乘法  20-22
    2.2.2 Prony 算法  22-23
    2.2.3 直流分量参数估计结果的评估  23
    2.2.4 参数估计实现步骤  23-24
  2.3 仿真与分析  24-28
  2.4 本章小结  28-30
第3章系统结构及功能设计  30-43
  3.1 系统总体结构  30-31
  3.2 录波数据格式转换及文件管理  31-32
    3.2.1 录波文件及数据格式  31
    3.2.2 录波文件管理  31-32
  3.3 故障波形再现及分析  32
  3.4 基于故障录波的电网故障辅助分析  32-42
    3.4.1 故障发生及隔离时间  32-34
    3.4.2 故障类型的确定  34-36
    3.4.3 故障测距  36-38
    3.4.4 其它故障辅助分析  38-40
    3.4.5 故障分析实例  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章继电保护动作行为分析  43-67
  4.1 变电站继电保护配置的虚拟映射  43-44
  4.2 电力线路保护的动作特性分析  44-54
    4.2.1 三段式电流保护  44-46
    4.2.2 距离保护  46-51
    4.2.3 纵联保护  51-54
  4.3 变压器保护的动作特性分析  54-62
    4.3.1 变压器纵差动保护  55-60
    4.3.2 变压器后备保护  60-62
  4.4 母线保护的动作特性分析  62-66
    4.4.1 母线差动保护  62-66
    4.4.2 CT 饱和识别  66
  4.5 本章小结  66-67
结论与展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录  74-75
附录 B 攻读学位期间参加的科研项目  75

基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统

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