Matlab在输电线路故障测距中的应用

毕业设计（论文） 目  Matlab在输电线路故障测距中的应用   二级学院    电子信息与自动化学院  专    业    电气工程及其自动化    班    级        110070401          学生姓名  施永平 学号 11007990223  指导教师  雷绍兰    职称  教授  时    间2014年2月24日至6月10日 目录 摘要    I Abstract    II 1绪论    1 1.1 引言    1 1.2本课题的研究目的及意义    1 1.3输电线路故障测距方法的研究现状    2 1.3.1行波测距法    2 1.3.2故障分析法    3 1.3.3智能化测距法    3 1.4本文的主要内容    4 2 高压输电线路的行波测距方法    5 2.2 行波的传输特性    5 2.3行波的反射和折射    7 2.4行波测距法的基本原理    8 2.4.1 单端测距法    8 2.4.2双端测距法    9 2.5本章小结    10 3 基于小波变换的输电线路行波测距    11 3.1 连续小波变换的基本概念    11 3.2 小波变换模极大值理论    12 3.3 本章小结    13 4 基于Matlab的行波故障测距仿真分析    15 4.1 仿真工具介绍    15 4.1.1 Matlab PSB简介    15 4.1.2 Matlab中的小波分析工具箱    15 4.2 输电线路故障仿真模型    16 4.3 输电线路故障行波的提取    16 4.4  仿真及结果分析    17 4.4.1 接地电阻为0的单相接地短路故障测距仿真分析    18 4.4.2 行波故障测距在不同故障距离、不同故障类型和不同接地电阻的仿真分析    22 4.5 输电线路单端行波测距和双端行波测距的比较    25 4.6 本章小结    25 5 结论    26 致谢    27 参考文献    28 附录1 故障行波提取程序    30 摘要 输电线路担负着输送电能的作用，一直被视为电力系统的大动脉，而输电线路故障又是电力系统故障的常见问题。准确、及时的输电线路故障测距能够缩短线路故障的时间和减小故障带来的经济损失，所以输电线路故障测距的研究一直是国内外研究的热点。 本文首先介绍了目前故障测距方法研究的现状，讲述了现代社会常用的输电线路故障测距方法，对常用的行波故障测距法、故障分析法及智能化测距法的理论原理进行了简单的介绍分析。接着对行波故障测距法进行了深入的分析，其中仔细讲述了基于小波变换的行波故障测距算法。为了验证行波故障测距法的可行性，本文利用Matlab建立输电线路故障模型，且基于输电线路的不同故障类型、不同接地电阻及不同故障点对其进行仿真分析，并用单端法和双端法对仿真分析后的数据进行故障定位，结果得出单端和双端行波测距法都有很高的精确度，而且还表明了不同的故障类型、不同的接地电阻以及不同的故障点不会影响电压行波故障测距的精度。 关键词：电力系统；输电线路；故障测距；行波；Matlab Abstract Transmission lines act as the transmission of electricity,has been regarded as the artery of the power system,and transmission line fault is a common problem of electric power system fault.Accurate and timely transmission line fault location can shorten the time of line fault and reduce the financial loss cause of transmission line fault.So the study of transmission line fault location is the focus of research at home and abroad. This paper first introduces the current research situation of fault location method,tells the frequently-used transmission line fault location in modern society.And for the common traveling wave fault location method,the fault analysis and intelligent ranging method,this paper has carried on the simple introduction and analysis of the theory. Then the traveling wave fault location method is carried on the thorough analysis,and among them there carefully tell the traveling wave fault location algorithm based on wavelet transform.In order to verify the feasibility of traveling wave fault location method, this paper, by using Matlab power transmission line fault model is set up, and based on different fault types, different grounding resistance and different point of failure of the transmission line ,we have the simulation analysis on them respectively.We use the single end method and double ends method of traveling wave fault location to calculate the fault location  with the simulation analysis of the data for fault.The results show that the single end method and double ends method of traveling wave fault location both have a high accuracy,and also shows that the different fault types, different grounding resistance and different point of failure will not affect the accuracy of voltage traveling wave fault location. Keywords:The power system;Transmission line;Fault location; Traveling wave; Matlab 1绪论 1.1 引言 电力行业是国民经济发展的基本动力，是实现现代化的物质基础，电能作为清洁的二次能源，它的合理分配及运用随着电力系统的发展显得格外重要，可靠的电力供应也将是现今社会稳定发展的重要前提保证[1]。安全性、可靠性、快速性更是保证电力系统运行的重要条件，其中输电线路肩负着输送电能的重要任务，是电力系统运行的大动脉。电力行业的任何一个环节发生故障都将是电网崩溃和供电中断的罪魁祸首，而其中发生故障最多的环节就是输电线路故障。 随着我国电力行业的快速发展，对输电线路的输送功率及电压等级的要求在不断地提高，远距离输电线路也在逐渐增多，这就使得输电线路在在电力系统运行当中扮演着重要角色。一旦输电线路发生故障，它将对整个电网，人民日常生活及工厂生产造成巨大危害，因此，在线路故障后，如果能及时、准确、可靠地找出故障点的位置，不仅对修复电路使其正常运行，而且对整个经济运行及整个电力系统安全稳定都起着非常大的作用[2]。 电力系统输电线路经常发生各种故障，特别是高压输电线路距离长，而且大多线路要穿山越岭，长期暴露在恶劣的自然环境下，使得故障更加容易发生，如果能够及时准确的进行故障测距，就可以及时采取措施排除故障，尽快恢复送电，从而使得因故障停电带来的损失降到最小[3]。所以，传输线路故障测距的研究一直是电力行业的热点，特别是快速准确的故障测距方法的研究更是具有重大的意义。 1.2本课题的研究目的及意义 对于输电线路故障测距的研究，需要解决的主要问题是怎样快速、准确、及时的查找出故障点的位置，从而能够尽快恢复电力系统的正常运行，减少因线路故障带来的经济损失。简单概括起来可以从以下几方面来说明输电线路故障测距的意义：对于瞬时性线路故障来说，准确及时的故障测距有助于发现故障原因和绝缘隐患，从而可以提前采取有效的防范措施，也避免了它向永久性故障发展；对于永久性线路故障来说，由于永久性线路故障需要人工排除，准确及时的找出故障点可以帮助巡查线路的员工快速排除故障，快速恢复供电，能够使得因故障带来的经济损失降低到最小；另外一方面，如果故障测距足够准确的话，它本身也可以作为距离保护使用；总之快速准确的故障测距可以保证电力系统的安全运行，有利于促进社会经济效益的稳定发展。 输电线路故障点的查找及定位问题一直是国内外研究的热点，本课题也将围绕这一问题展开一系列的分析，针对目前的测距方法的可靠性，实用性及经济性进行研究分析。在现有的测距方法中选择一个综合性能强的测距，并对其进行建模分析，仿真分析，最终验证所选择的方案的可靠性。 1.3输电线路故障测距方法的研究现状 故障测距又称为故障定位，针对于输电线路，指的就是在输电线路发生故障时，依据不同的故障特征，能够准确、迅速、及时的查找出故障点的位置。按工作原理来分的话，现有的故障测距的算法可以分为三种，它们分别是行波测距法、故障分析法、智能化测距法。 1.3.1行波测距法 行波测距法[4]是在考虑输电线路的分布参数的情况下，利用线路故障时产生的行波信号并且对其进行分析，后对其进行相关计算的一种方法，它是通过对故障后线路中产生的暂态行波进行实时跟踪并记录其在故障点与母线之间来回运动一趟所需要的时间，或是通过对故障行波到达母线两端的时间差与行波波速的乘积进行计算并得到故障位置的[5]。经过几十年的发展，现已发展到有A、B、C、D、E、F六种类型,其中A、C、E、F型为单端行波测距法，B、D型为双端行波测距法[6]。 单端行波测距法的关键技术就是准确测出初始行波到达母线测量端的时刻和其从故障点反射回来到达测量母线端的时刻，或是准确测出初始行波到达母线测量端的时刻和从对端母线反射回测量端的时刻[7,8]。双端行波测距法的关键技术就是通过两端母线处安装的测距装置记录故障行波分别到达两端母线的初始时刻，利用这两个初始时刻值的差值来计算得出故障位置[9-11]。 双端行波测距法的测距精度基本上不会因为故障位置、故障类型、接地电阻、线路长度等因素的原因而受到影响，但线路长度对波头的影响、行波波速的选择以及故障时刻的准确提取问题仍会影响行波故障测距的精度。 1.3.2故障分析法 电力系统中，电力系统的运行方式是可知确定的，线路中的分布参数也是确定可知的，所以，一旦线路发生故障时，线路两端母线检测到的电流和电压均应为故障距离的。因此，故障分析法就是依据相应的特征构造相应的测距原理方程（比如用两端测到的数据计算得到的故障点电压相等、阻抗与距离成正比等）进行故障测距的。按所需要的测量数据信息来分类，故障分析法可以分为单端测距法和双端（或多端）测距法两种。 继续阅读