基于改进相关系数的单相自适应重合闸判据的应用研究

基于改进相关系数的单相自适应重合闸判据的应用研究

基于改进相关系数的单相自适应重合闸判据的应用研究,应用科学, 黄 妍 杜若榕 约4194字

[摘要]提出一种利用采样值改进相关系数的单相自适应重合闸方法，可以准确识别出各种运行方式下发生的瞬时性故障和永久性故障。在分析单相瞬时接地和永久接地，线路两端短路器跳开后的电气量的基础上，利用经过滤波的采样值，进行相关性的分析，以此来判别故障的性质。MATLAB仿真验证该算法的可行性，易于硬件实现。

[关键词]输电线路 相关系数 自适应重合闸 故障性质

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1671,7597(2008)0910124,02 一、引言

在实际的电力系统中，自动重合闸一般具有盲目性，如果发生瞬时性故障，重合将成功，如果重合于永久性故障时，电力系统将受到二次冲击，这对于系统的稳定运行是极为不利的。所以，研究自适应重合闸使之仅能够在瞬时故障时重合，避免重合于永久故障时，对系统带来的冲击，提高系统的稳定性。

近年来，对自适应重合闸的研究理论和方法已经日趋成熟，国内外的学者提出了许多鉴别故障性质的方法，主要有电压判据，利用模糊理论，神经网络，以及复小波分析，对电弧的分析。以上的方法均有一定的局限性:电压判据存在误动区;神经网络的训练必须建立在大量样本的基础上，且硬件实现还很困难;电弧方法需要建立准确的电弧模型，而电弧受许多非线形因素的影响，所以分析难度大，复小波构造比较困难，模糊理论用于重合闸也有误动的可能。

本文在对瞬时故障时恢复电压分析的基础上，提出了一种基于改进型相关性分析的判据，该方法弥补了电压判据只考虑电压幅值的不足，结合电压相位作为判别

瞬时故障和永久故障的基本元件，该方法实现过程简单，原理清晰，受系统运行方式影响小。

二、单相接地故障特征分析 (一)瞬时性故障

以A相故障为例，当发生瞬时性故障后，线路故障相两端断开。随短路点电弧的逐渐熄灭，线路转入两相运行状态，如图1所示。

故障相与健全相之间存在电磁耦合电压和电容耦合电压 。则

式中:为输电线路单位长度互感;L为线路全长;分别为线路的正零序导纳。 将线路分布参数以T型等效，当功率因数为，互感阻抗角为90?，线路两端的电压矢量关系如图2所示。

因此，在瞬时性故障时，线路两端的电压为; (二)永久性故障

在永久性故障情况下，故障点始终存在，线路对地电容可靠放电，电容耦合电压可以忽略。断开相电压表示为:

(4)

式中:L为故障点距离线路首端的长度。

图3为单相接地故障(瞬时性故障，永久性故障)故障相的电压波形。 此时m端瞬时性故障的电压判据为:

设，由式(3)，(5)可知，在瞬时故障时，如果m在[0， ]之间，则，此时误判为永久性故障。 因线路参数和补偿度不同而不同，与线路的长度无关;则与断相后负荷以及线路长度成正比，因此，长线重负荷时容易满足误判条件，缩短了可靠判定区。

三、相关性分析

相关分析是信号处理的基本方法,在电力系统继电保护领域,多年前就已经开展相关技术在行波领域和测距方面的研究.

对确定性功率信号,其相关函数的定义可以根据随机信号的时间相关函数确定为

(6)

该式表明,平稳随机信号X(t)的时间相关函数以概率1等于其样本函数的自相关函数进行集合平均。从理论上说,式(6)有其物理意义。设x(t) 和y(t)是2个能量有限的实信号波形，为研究它们之间的差别,衡量它们在不同时刻的相似程度，引入

(7)

式中为常数。

由式(7)知，有一个最佳的值使得两波形的差别最小，一般可采用均方差误差最小准则,即取 的时间平均值D衡量相似性,故有

显然， 越大，D越大，两个波形越相似。当 时，则D=0，说明x(t)和完全相似。将定义为x(t)和y(t)相差时的相关系数，令 ，则 表示x(t),y(t)在同一采样数据窗内的相关系数，可以衡量同一数据窗内两路信号的相位关系。当x(t)，y(t)均为稳态正弦信号时，如果x(t)，y(t)相位一致， ;如果x(t)，y(t)相位相差180?，则。如果x(t)，y(t)相位相差90?，则，在其他情况下， 位于-1和+1之间。

(一)正弦信号的相关性分析

二次熄弧后的电气量均为稳态正弦量，所以故障性质判别是基于工频量的。设正弦量y(n)幅值是x(n)的k倍，相位落后。以k， 为变量，利用式(9)考查两信号采样值1个周期的相关性。可以推导出，两正弦量幅值对相关性没有影响，而相位差对相关性的影响为 函数，当相位相差为90?时，相关系数为0。因此，该算法