基于故障分量和随机矩阵谱分析的广域后备保护研究

摘要

随着电力系统规模的不断扩大、结构日益复杂，传统后备保护因为整定困难、时序配合复杂、动作延时高、易受系统运行方式影响，使之难以在复杂工况下正确动作。广域后备保护较传统后备保护来说整定简单，各保护间无需复杂的时序配合，能利用广域信息进行故障区域的判定，在主保护拒动的情况下快速切除故障元件，减小故障影响范围。论文针对目前广域后备保护算法在高阻故障和系统振荡时表现不佳的现况，重点研究了故障线路的识别算法。 本文首先从通信模式，设备投资等方面介绍了广域后备保护系统的三种结构，综合分析了三种结构的优缺点，概述了广域后备保护算法中已有的故障区域搜索方法及其原理。 本文研究了一种基于故障分量的故障线路检测算法，该方法将线路两侧电流故障分量的矢量和模与矢量差模的比值作为该线路的故障判断量，分析了正常线路与故障线路的故障判断量的差异并以此构造了判据。在系统振荡时，利用电压和电流故障分量计算出故障点位置，辅助识别故障。在理论上进行公式推导，证明了所提故障判断量不受过渡电阻大小影响，明确了故障判断量与线路自身参数、线路两端系统阻抗与故障点位置的关系。IEEE39节点测试系统中的多组仿真实验表明了所提检测算法不受过渡电阻大小、故障点位置、故障类型和潮流转移的影响。 本文研究了一种基于随机矩阵谱分析的广域后备保护算法，首先根据故障发生时母线电压的变化特点，通过对母线三序电压排序，筛选出故障相关母线。对故障相关母线连线的两端电流故障分量序列进行复制、平移并叠加噪声，使其扩展成为原始随机矩阵。按随机矩阵理论对原始随机矩阵进行矩阵变换，获得故障识别矩阵，计算其特征值并统计所有特征值的概率分布，过滤掉概率低于5%孤点特征值后再计算矩阵的平均谱半径。以平均谱半径作为线路两端电流故障分量序列差异度的定量指标，将平均谱半径小于给定阈值的线路判定为故障。10机39节点测试系统的仿真实验结果表明，所提基于随机矩阵谱分析的广域后备保护算法不受故障点位置、故障类型、系统运行方式、潮流转移和系统振荡等因素影响，在经大电阻接地的故障情况下也能正确识别故障线路，并通过加入人为脉冲噪声的算例证明了本算法有较好抗异常数据能力。

目录

第一个书签之前