故障行波理論及其應(yīng)用

目錄
序一　
序二　
序三
前言
第1章　緒論　1
1.1　電力系統(tǒng)及故障　1
1.2　電力系統(tǒng)故障分析　3
1.2.1　基爾霍夫定律　4
1.2.2　節(jié)點(diǎn)電壓法和回路電流法　4
1.2.3　對(duì)稱分量法　4
1.2.4　拉氏變換法　7
1.2.5　現(xiàn)有電力系統(tǒng)故障分析的不足　8
1.3　傳統(tǒng)繼電保護(hù)和故障檢測(cè)技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)　8
1.3.1　輸電線路分相電流差動(dòng)保護(hù)　8
1.3.2　柔性直流電網(wǎng)保護(hù)　10
1.3.3　中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)配電線路單相接地保護(hù)　11
1.3.4　電力線路故障測(cè)距技術(shù)　11
第2章　電磁波基礎(chǔ)　15
2.1　時(shí)變電磁場(chǎng)　15
2.1.1　麥克斯韋方程組　15
2.1.2　坡印亭定理　19
2.2　波動(dòng)方程及其達(dá)朗貝爾解　20
2.2.1　電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程　20
2.2.2　動(dòng)態(tài)位　22
2.2.3　波動(dòng)方程的達(dá)朗貝爾解　25
2.3　平面電磁波　28
2.3.1　理想介質(zhì)中的均勻平面波　29
2.3.2　導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波　39
2.3.3　電磁波在不同媒質(zhì)分界面的折反射　42
2.4　均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波　46
2.4.1　均勻傳輸線的基本方程　46
2.4.2　均勻傳輸線方程的正弦穩(wěn)態(tài)解　52
2.4.3　均勻傳輸線的等效電路和工作狀態(tài)　55
2.5　平行多導(dǎo)體線路中的導(dǎo)行電磁波　63
2.5.1　平行多導(dǎo)體線路的波動(dòng)方程　63
2.5.2　平行多導(dǎo)體線路的相模變換　64　
2.5.3　平行多導(dǎo)體線路模量上的波阻抗和波速度　65
第3章　故障行波理論　67
3.1　單相均勻無(wú)損線中的故障行波　67
3.1.1　故障行波的產(chǎn)生　67
3.1.2　單根導(dǎo)體線路的波動(dòng)方程　68
3.2　三相輸電線路中的故障行波　69
3.2.1　相模變換　70
3.2.2　復(fù)合模量網(wǎng)絡(luò)　72
3.3　工頻下的行波現(xiàn)象　76
3.3.1　行波分解　76
3.3.2　工頻行波的折反射現(xiàn)象　77
3.4　故障行波求解問題研究現(xiàn)狀　82
3.5　不考慮參數(shù)依頻特性的故障行波的暫態(tài)解　84
3.5.1　網(wǎng)格法求解故障行波的基本思想　84
3.5.2　故障行波源分析　85
3.5.3　不同行波源模量上的初始行波　86
3.5.4　電力網(wǎng)絡(luò)的表示方法　91
3.5.5　行波在各節(jié)點(diǎn)處的折反射　92
3.5.6　故障行波解析計(jì)算方法——FD法　96
3.6　考慮參數(shù)依頻特性的故障行波暫態(tài)解　97
3.6.1　平行多導(dǎo)體線路波動(dòng)方程的復(fù)頻域解　97
3.6.2　依頻特性下行波的擬合函數(shù)的選擇　98
3.6.3　畸變系數(shù)和衰減系數(shù)的獲取　100
3.7　故障穩(wěn)態(tài)計(jì)算　101
3.8　故障行波暫態(tài)解的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)　104
3.8.1　電力網(wǎng)絡(luò)的表示與存儲(chǔ)　104
3.8.2　故障后的網(wǎng)絡(luò)變化　105
3.8.3　行波傳播途徑的生成方法　107
3.8.4　故障行波的計(jì)算　108
3.8.5　算例分析　108
3.9　瞬時(shí)無(wú)功理論及故障方向特征　113
3.9.1　瞬時(shí)無(wú)功理論概述　113
3.9.2　基于Hilbert變換的瞬時(shí)無(wú)功定義　116
3.9.3　Hilbert變換下的無(wú)功功率的故障方向特征　118
3.10　故障行波的故障相特征　121　
第4章　小波變換及其在故障行波分析與檢測(cè)中的應(yīng)用　123
4.1　基本概念　123
4.1.1　小波分析的發(fā)展史及應(yīng)用概況　123
4.1.2　信號(hào)的時(shí)頻局部化表示　123
4.1.3　連續(xù)小波變換　124
4.1.4　小波變換的時(shí)頻局部化性能　125
4.1.5　兩類重要的小波變換　126
4.1.6　信號(hào)的小波表示　127
4.2　離散小波變換　128
4.2.1　離散小波與離散小波變換　128
4.2.2　多分辨分析與尺度函數(shù)　129
4.2.3　Mallat算法　130
4.2.4　R小波的系數(shù)特點(diǎn)　131
4.2.5　離散小波變換的應(yīng)用　133
4.3　二進(jìn)小波變換及信號(hào)的奇異性檢測(cè)　134
4.3.1　二進(jìn)小波及二進(jìn)小波變換　134
4.3.2　基于B樣條的二進(jìn)小波函數(shù)與尺度函數(shù)　135
4.3.3　二進(jìn)小波變換的分解與重構(gòu)算法　136
4.3.4　信號(hào)的小波變換模極大值表示及奇異性檢測(cè)理論　137
4.3.5　利用小波變換模極大值重構(gòu)原信號(hào)　137
4.3.6　二進(jìn)小波變換的應(yīng)用　139
4.4　故障行波的小波表示　139
4.4.1　引言　139
4.4.2　行波的故障特征　139
4.4.3　各種行波的小波變換模極大值表示　143
4.4.4　電壓行波、電流行波和方向行波的比較　145　
第5章　互感器和二次電纜的故障行波傳變特性　147
5.1　電流互感器模型及其動(dòng)態(tài)傳變特性　147
5.1.1　電流互感器的工作原理及其電磁暫態(tài)模型　147
5.1.2　電流互感器的工頻傳變特性　153
5.1.3　電流互感器的暫態(tài)行波傳變特性　156
5.2　電壓互感器模型及其動(dòng)態(tài)傳變特性　157
5.2.1　電壓互感器的工作原理及其電磁暫態(tài)模型　157
5.2.2　電容分壓式電壓互感器的工頻傳變特性　162
5.2.3　簡(jiǎn)化模型下的電容式電壓互感器的暫態(tài)行波傳變特性　165
5.2.4　詳細(xì)模型下的電容式電壓互感器的暫態(tài)行波傳變特性　171
5.3　二次電纜的故障行波傳輸特性　180
5.3.1　二次側(cè)電纜集中參數(shù)模型與分布參數(shù)模型等效性分析　180
5.3.2　二次側(cè)電纜等效建?！?81
5.4　二次電流傳輸通道的行波傳輸特性　183
5.4.1　二次電流回路聯(lián)合建模　183
5.4.2　二次側(cè)回路傳變特性分析　185　
第6章　輸電線路縱聯(lián)行波方向保護(hù)　192
6.1　波阻抗繼電器　192
6.1.1　波阻抗繼電器的基本原理　192
6.1.2　波阻抗繼電器的算法研究　198
6.1.3　利用波阻抗繼電器構(gòu)成縱聯(lián)方向保護(hù)　208
6.2　統(tǒng)一行波方向繼電器　208
6.2.1　統(tǒng)一行波方向繼電器的基本原理　208
6.2.2　統(tǒng)一行波方向繼電器動(dòng)作判據(jù)　210
6.2.3　建模與仿真　212
6.2.4　動(dòng)作特性分析　216
6.2.5　基于統(tǒng)一行波方向繼電器的輸電線路縱聯(lián)方向保護(hù)　229
6.3　極化電流行波方向繼電器　230
6.3.1　不同頻帶下電壓故障行波極性的一致性　230
6.3.2　極化電流行波方向繼電器原理與算法　240
6.3.3　極化電流行波方向繼電器動(dòng)作性能分析　242
6.3.4　TP-01超高速行波保護(hù)裝置　260　
第7章　輸電線路縱聯(lián)行波差動(dòng)保護(hù)　263
7.1　行波差動(dòng)保護(hù)　263
7.1.1　行波差動(dòng)保護(hù)基本原理　263
7.1.2　行波差動(dòng)電流和行波制動(dòng)電流構(gòu)成　264
7.1.3　區(qū)外擾動(dòng)或故障時(shí)不平衡行波差動(dòng)電流分析　269
7.1.4　區(qū)內(nèi)外故障時(shí)行波差動(dòng)電流比較　275
7.1.5　動(dòng)作判據(jù)　275
7.1.6　保護(hù)算法　277
7.1.7　建模仿真與性能評(píng)價(jià)　280
7.1.8　PT斷線處理　287
7.1.9　TP-02行波差動(dòng)保護(hù)裝置　288
7.2　重構(gòu)電流行波差動(dòng)保護(hù)　289
7.2.1　重構(gòu)電流行波　290
7.2.2　重構(gòu)電流行波的特征分析　291
7.2.3　重構(gòu)電流行波差動(dòng)保護(hù)原理　297
7.2.4　重構(gòu)電流行波差動(dòng)保護(hù)算法　297
7.2.5　重構(gòu)電流行波差動(dòng)保護(hù)性能評(píng)估　301
7.3　基于小波變換模極大值的行波差動(dòng)保護(hù)　310
7.3.1　利用初始行波模極大值構(gòu)造行波差動(dòng)保護(hù)的思想　310
7.3.2　基于小波變換模極大值的行波差動(dòng)保護(hù)算法　310
7.3.3　通信量分析　311
7.3.4　影響因素分析與性能評(píng)價(jià)　311
7.4　模量行波差動(dòng)保護(hù)　315
7.4.1　分布電容電流時(shí)域補(bǔ)償算法及誤差分析　315
7.4.2　模量行波差動(dòng)保護(hù)原理　319
7.4.3　模量行波差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性　327
7.4.4　帶并聯(lián)電抗器線路　331
7.4.5　帶串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的線路　332
第8章　直流線路行波保護(hù)　333
8.1　直流輸電系統(tǒng)保護(hù)與控制　333
8.1.1　直流輸電系統(tǒng)　333
8.1.2　直流控制保護(hù)系統(tǒng)　333
8.2　直流輸電線路故障分析　337
8.2.1　直流系統(tǒng)的等效電路　337
8.2.2　直流線路故障行波特征　338
8.2.3　LCC直流線路故障暫態(tài)特征　348
8.2.4　LCC直流線路故障穩(wěn)態(tài)特征　350
8.2.5　VSC直流線路故障行波分析　351
8.2.6　MMC直流輸電網(wǎng)線路短路故障電流的近似計(jì)算方法　355
8.3　直流線路單端量超高速行波保護(hù)　360
8.3.1　單端量行波保護(hù)原理　360
8.3.2　單端量行波保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案　368
8.3.3　建模仿真與性能評(píng)價(jià)　369
8.3.4　Ultra-PSL3000柔性直流線路保護(hù)裝置　378
8.4　基于電流變化率的單端量直流線路保護(hù)　379
8.4.1　不同故障和運(yùn)行情況下線路電流變化率的特征分析　379
8.4.2　單端量電流變化率保護(hù)方案　388
8.5　直流線路縱聯(lián)行波差動(dòng)保護(hù)　393
8.5.1　直流線路行波差動(dòng)保護(hù)原理　393
8.5.2　故障差流的時(shí)域計(jì)算方法　395
8.5.3　直流線路行波差動(dòng)保護(hù)算法　398
8.5.4　建模仿真與性能評(píng)價(jià)　399
8.5.5　TP-03特高壓直流線路行波差動(dòng)保護(hù)裝置　404　
第9章　輸電線路暫態(tài)行波故障測(cè)距　406
9.1　基于小波變換的行波故障距離特征分析　406
9.1.1　行波故障測(cè)距方法　406
9.1.2　基于小波變換的行波故障距離特征分析　407
9.2　輸電線路單端量行波故障測(cè)距　421
9.2.1　特征行波　421
9.2.2　利用模量方向行波作為特征行波的故障測(cè)距　422
9.2.3　利用非故障線電流和故障線電流組成方向行波作為特征行波實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距　423
9.2.4　波形比較法　425
9.2.5　單端電氣量行波故障測(cè)距的小波變換法　426
9.2.6　考慮二次回路暫態(tài)特性的行波波形比較法　430
9.2.7　故障點(diǎn)反射波判據(jù)構(gòu)建　431
9.2.8　相鄰母線反射波判據(jù)構(gòu)建　432
9.2.9　考慮二次回路暫態(tài)特性的波形比較法流程圖　432
9.3　輸電線路單端量組合故障測(cè)距　433
9.3.1　問題的提出　433
9.3.2　具有魯棒性的單端電氣量阻抗故障測(cè)距方法　435
9.3.3　組合的單端故障測(cè)距方法　436
9.3.4　改進(jìn)的組合故障測(cè)距算法　440
9.4　輸電線路雙端量行波故障測(cè)距　441
9.4.1　兩端電氣量