短路电流相控分断的Prony零点预测算法研究

摘要

目前电力系统正向高压、联网、大容量方向发展，线路的短路电流也逐渐增大。因此，现有断路器已不能满足系统的开断需要，调整电网结构、发展限流装置等传统抑制措施会对系统规格及稳定性造成负面影响。而短路故障电流相控分断技术不仅可以减小触头烧蚀，延长设备电寿命，同时也可以提高现有断路器的短路开断水平，已经成为智能化开关电器的研究热点之一。
　　快速、准确的还原短路电流波形，预测目标零点是实现短路故障电流相控分断技术的基础和难点。本文分析了现有预测算法的利弊，首次提出Prony算法在该领域的应用可行性。深入研究后指出了Prony算法的应用缺陷，并提出了一种更加稳定的类-Prony算法，通过过程优化，增强了算法的应用稳定性。最后结合Matlab中的算例检验结果，分析了采样频率、波长等因素对类-Prony算法的精度影响，形成了五种预测算法的综合对比结果。
　　本文首先利用低压模拟短路故障的电流录波数据，对Prony算法及类-Prony算法的还原效果进行了对比。并通过多组数据处理结果的统计分析，得到类-Prony算法实际应用时可能的误差分布。最后结合三组实际电力系统短路故障录波数据，对本文类-Prony算法进行了进一步的零点预测效果检验。两种录波数据处理结果均显示该算法可以高精度地还原短路电流，零点预测误差满足要求。
　　本文最后设计了可用于相控开关的控制装置，将常规设备选相策略与短路故障策略进行整合，应用更加灵活。并基于该装置的核心芯片，对类-Prony算法的执行时间进行了硬件检测：1kHz采样率下，算法可以在1ms内完成零点预测。同时，考虑到硬件求解精度的影响，本文算法在实际DSP芯片中的还原预测结果也通过算例得到了验证。

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2短路电流零点预测算法研究现状

1.3本文的主要工作

2 短路电流零点预测的Prony算法及其改进

2.1Prony算法在零点预测中的应用特性研究

2.2改进的类-Prony零点预测算法特性研究

2.3本章小结

3 零点预测Prony算法实际录波检验

3.1基于试验数据的Prony算法验证分析

3.2基于故障录波数据的类-Prony算法验证

3.3本章小结

4 相控开关控制装置研制

4.1 相控开关控制装置功能概述

4.2相控开关控制器硬件设计

4.3相控开关控制器软件设计及测试

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录：作者在硕士期间发表的论文