基于小波包技术的小电流接地系统故障选线研究及其DSP实现
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摘要
我国大多数6～35kV中压配电网均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式。单相接地短路是最常见的故障，由于它的接地短路电流较小，使故障检测较困难。而尽快选出故障线路，对于系统的运行具有重要意义。但综合国内外的研究现状，选线问题没有得到很好的解决。本文着重研究了利用小波包变换提取故障信号的暂态高频分量，进行故障选线的方法，并结合DSP技术架构硬件装置，提出一种可行的解决方案。
本文在中性点不同接地方式下，研究和分析了线路故障特征量的暂态特点，主要从信号处理的角度，提出将小波包分析理论运用到故障选线。利用各个出线零序电流在能量最大频带上小波包系数模值的大小和方向的不同来实现故障选线。
通过典型的10kV仿真算例验证了该方法的可行性。仿真结果表明：利用小波包分析理论对电力系统故障暂态信号特征提取处理是行之有效的方法。
高速单片数字信号处理器(DSP)是近年来迅速发展和广泛应用的单片计算机，以美国TI公司生产的TMS320系列最具代表性。在本设计中，以TMS320F240为CPU，以模块化设计完成装置的开发，基本实现了小电流接地系统的选线功能。
In China, neutral isolated and Peterson coil grounded system are widely used in 6 kV~35kV medium voltage distribution networks. Single phase earthed fault is the common fault in this system. To detect the faulty feeder is difficult for the fault current is very small. When single phase earthed fault occurs, it is necessary to select the fault circuit quickly. But, from existing status of this field, it has not been done very well. This paper introduces a novel fault circuit selecting method, which utilizes wavelets packet transform to obtain useful fault transient components and based on DSP, proposes a feasible solution.
This paper analyses the transient character of line fault when the neutral point connects to ground in different ways. From the angle of signal processing, the wavelet packet analysis theory is introduced to selecting fault, in which the fault character is not the steady signal but the transient signal. Judging by the different magnitude and direction of the wavelet packet coefficient modular maximum, we can select the single phase-to-earth line.
The data from the example of typical small current grounding neutral system validate the feasibility of the algorithms. The simulation result shows that using Wavelet packet analysis to separate the character from the transient fault signals is an efficient way.
High speed single chip digital signal processor (DSP) is the fast developing single chip computer in recent years, the typical one is the TMS320 family produced by the TI. This dissertation successfully developed a VLST digital signal processing single system, using TMS320F240 as its central processing Unit (CPU), finished the function of line-selecting of non-solid grounded networks.
本文在中性点不同接地方式下，研究和分析了线路故障特征量的暂态特点，主要从信号处理的角度，提出将小波包分析理论运用到故障选线。利用各个出线零序电流在能量最大频带上小波包系数模值的大小和方向的不同来实现故障选线。
通过典型的10kV仿真算例验证了该方法的可行性。仿真结果表明：利用小波包分析理论对电力系统故障暂态信号特征提取处理是行之有效的方法。
高速单片数字信号处理器(DSP)是近年来迅速发展和广泛应用的单片计算机，以美国TI公司生产的TMS320系列最具代表性。在本设计中，以TMS320F240为CPU，以模块化设计完成装置的开发，基本实现了小电流接地系统的选线功能。
In China, neutral isolated and Peterson coil grounded system are widely used in 6 kV~35kV medium voltage distribution networks. Single phase earthed fault is the common fault in this system. To detect the faulty feeder is difficult for the fault current is very small. When single phase earthed fault occurs, it is necessary to select the fault circuit quickly. But, from existing status of this field, it has not been done very well. This paper introduces a novel fault circuit selecting method, which utilizes wavelets packet transform to obtain useful fault transient components and based on DSP, proposes a feasible solution.
This paper analyses the transient character of line fault when the neutral point connects to ground in different ways. From the angle of signal processing, the wavelet packet analysis theory is introduced to selecting fault, in which the fault character is not the steady signal but the transient signal. Judging by the different magnitude and direction of the wavelet packet coefficient modular maximum, we can select the single phase-to-earth line.
The data from the example of typical small current grounding neutral system validate the feasibility of the algorithms. The simulation result shows that using Wavelet packet analysis to separate the character from the transient fault signals is an efficient way.
High speed single chip digital signal processor (DSP) is the fast developing single chip computer in recent years, the typical one is the TMS320 family produced by the TI. This dissertation successfully developed a VLST digital signal processing single system, using TMS320F240 as its central processing Unit (CPU), finished the function of line-selecting of non-solid grounded networks.
引文
[1] 要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地．中国电力出版社．2000
[2] 李福寿．中性点非有效接地电网的运行方式．水利出版社．1993
[3] 肖白，束洪春，高峰．小电流接地系统单相接地故障选线方法综述．继电器．2001，29(4)：16～20
[4] 张树文，李文毅，米增强等．小电流接地系统单相接地保护原理和技术综述．电力情报．1994，2：1～4
[5] 周燕丽．10kV配电网间歇性电弧接地过电压的仿真研究：[硕士学位论文]．重庆大学，2001
[6] 李玲玲．电力网中性点经消弧线圈接地自动跟踪补偿系统研究：[硕士学位论文]．河北工业大学，2000
[7] 李建平，唐远炎．小波分析方法的应用．重庆大学出版社，1999
[8] 张新慧．利用暂态零序电流的小电流接地故障选线技术：[硕士学位论文]．北京：中国农业大学．2003，3
[9] 张新慧．小电流接地系统单相接地故障检测方法分析．淄博学院学报．2002，3：43～46
[10] 束洪春，肖白．配电网单相电弧接地故障选线暂态分析法．电力系统自动化．2002，26(21)：58～61
[11] 焦旭升．小电流接地选线原理分析．发电设备．2002，2：44～47
[12] 陈晓科，徐玉琴，杜丁香等．小电流接地系统单相接地故障选线新发展．电力自动化设备．2002，22(9)：66～69
[13] 张艳霞，陈超英，赵杰辉等．配电网单相接地故障选线的一种新方法．电网技术．2002，26(10)：21～24
[14] 张兆宁，郁惟镛，孙阳盛．基于小波包变换的模糊神经网络小电流接地系统故障选线．上海交通大学学报．2002，36(7)：1012～1016
[15] 梁军，刘非凡，志浩．基于小波原理的小电流接地系统故障选线新方法的研究．山东大学学报(工学版)．2002，32(2)：111～114
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[17] 房鑫炎，郁惟镛，庄伟．模糊神经网络在小电流接地系统选线中的应用．电网技术．2002，26(5)：15～19
[18] 文远芳．高电压技术．华中科技大学出版社．2001
[19] 斯捷潘楚克，基耶可夫．高电压技术．机械工业出版社．1990
[20] 靳晓东，李谦，王小瑜等．配电网弧光接地过电压的仿真及分析．高电压技术．1994，20(3)：71～75
[21] 董新洲，耿中行，葛耀中等．小波变换应用于电力系统故障信号分析初探．中国电机工程学报．1997，17(6)：421～424
[22] 束洪春，董俊，司大军等．小波变换应用于暂态初始行波分析及故障选线选相．云南水力发电．2002，18(2)：6～10
[23] 魏宇存，刘海源．小电流接地系统单相接地故障检测技术．农村电气化．2002，4：27～28
[24] 朱兰，杨奇逊，张利等．小电流接地系统单相接地故障选线防止误判的有效方法探讨．现代电力．2002，19(6)：48～52
[25] 王德江，陈永衡，马文阁．中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障暂态电流分析．继电器．2002，30(11)：16～18
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[27] Scott FE. New ground fault protection systems minimize electrical shock hazards. Coal Mining & Processing, 1981, 6
[28] Detjen ER, Shah KR. Grounding transformer applications and associated protection schemes. IEEE Trans Ind Appl, 1992, 28(4)
[29] Chaari O, Bastard P. Prony's method: an effect tool for the analysis of earth fault currents in Petersen-coil-protected networks. IEEE Trans PWRD, 1995, 10(3)
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[31] 崔锦泰．小波分析导论．西安交通大学出版社．1995
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[34] 杨福生．小波变换的工程分析与应用．科学出版社．2001
[35] 李建平．小波分析与信号处理——理论、应用及软件实现．重庆出版社．1997
[36] 李世雄．小波变换及其应用．高教出版社．1997
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[41] 毛玲．小波变换在小电流接地系统单相接地故障选线方面的应用与研究：[硕士学位论文]．河海大学．2001
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