基于电力系统瞬变信号的对称分量法研究

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在电力系统中需要对大量的不对称故障进行分析,而其中最为行之有效的一个方法便是对称分量法,但由于该方法通过相量的形式进行的表达,应用局限于稳态量。在用相量法对交流系统进行分析中,就将交流系统中的电流、电压量假设为一个幅值和初相位恒定不变的正弦交流量。而在电力系统发生故障时其电流、电压量成为了一个频率不变的,但幅值和相位不断随着时间改变的瞬变信号。其随着时间不断变化的幅值和相位角即为瞬时辅助和瞬时相位。因此利用相量法来表示瞬变信号是不可行的。所以在电力系统发生不对称故障的时候,如果需要通过相量法来进行分析,那么就需要将故障电流、电压用瞬变信号的方式表达,并用瞬时值表达法代替对称分量的相量表达形式。即将三相不对称的瞬变信号同样按照对称分量法的的形式,将它分解成为三组同样对称的瞬变信号的序分量。这样瞬变信号序分量同样具有基于稳态正弦量的对称分量的特点,但是不能使用相量法进行表达。我们可以将瞬变信号分解出来的三相对称分量,即瞬序分量,看做时在一个具体的时刻t,此时瞬变信号的瞬时幅值和瞬时行为为一个确定值,将其利用对称分量法分解出来的对称序分量。所以瞬变序分量同样具有瞬变信号的特点和物理意义,瞬变信号各序分量之间也是相互独立的,且瞬变信号序电压分量和瞬变信号序电流分量有关。  目前在对电力系统中的非周期瞬变信号,特别是工频瞬变信号进行处理时,有着很多不同的处理方法,由于傅里叶算法受到故障信号中的衰减直流分量的较为严重的影响,且傅里叶算法不能提取衰减直流分量,只能对其抑制。数据窗长度也大大限制了傅里叶算法,而半波傅里叶算法虽然达到了数据窗口长度减半的优化,但其建立于牺牲计算精度的基础上实现的。因此,至少提取半个周期数据的傅里叶算法在处理暂态信号参数中并不太适用。近些年广泛应用于信号处理技术研究的扩展Prony算法,采用增加未知数个数的方法来建立模型,使得其对信号的各次谐波具有了完整的描述,但是由于未知量的增加和采样信号中的噪声对结果的影响式的算法的使用受到了一定限制。多项式拟合由于同样在当最佳多项式阶数较高时,存在较大的计算量,且需要先解决最佳多项式的阶数选择问题,虽然算法具有普遍适用性,但是其缺乏物理意义的支撑,拟合函数不满足信号的本质特征。  目前采用的瞬变信号序分量的求法是通过利用上一时刻的信号瞬时值计算当前时刻的序分量,大大解决了对称分量法在瞬变信号中的应用限制问题,但如果系统正好在两个时刻之间发生故障,那么应用此方法求出的瞬时序分量将会出现误差。而本文采用的瞬序分量的求法则是利用瞬变信号采用正弦逼近处理后得到的瞬时幅值和瞬时相位来求取瞬序分量,将对称分量法用于稳态数据频域处理转化为暂态信号时域处理。  最后为了验证本文基于瞬变信号的对称分量法的可用性,利用ATP电磁暂态仿真软件搭建了一条配电网线路模型,将瞬序分量应用于保护测距计算中,利用MATLAB元件平台进行保护测距的算法编程,对配电网在不同状态下发生典型故障进行仿真模拟计算,说明了本文将瞬变信号分解为瞬变序分量的方法是可行的。
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