自适应三相重合闸的研究_张雯

目前, 大多自动重合闸是一种盲目重合方式, 不 管故障性质是瞬时性还是永久性。当自动重合闸重 合在永久性故障时, 对系统稳定和电气设备所造成 的危害将超过正常运行状态下发生短路时对系统的 危害 [ 1- 3] 。对超高压输电线运行情况的统计结果表 明, 两相和三相短路 ( 包括接地在内 ) 约占输电线故 障的 20% ~ 30% 。虽然相间故障在短路故障中所 占比例较小, 但三相重合于永久故障对系统稳定运 行和设备冲击所带来的危害比单相重合于故障更为 严重。为了避免在三相自动重合闸时重合于永久故 障, 本文提出了一种模糊神经网络三相自适应重合 闸的方法来区分瞬时性故障和永久性故障。通过理 论分析和大量 MATLAB 仿真实验表明, 该方法对于 三相重合情况下判别故障类型具有较好的效果。
闸后, 线路上各储能元件所储存的电磁能量可以用 各储能元件的初始条件来表示, 由于短路时各相电 流和电压 ( 包括工频分量和暂态分量 ) 不对称、断路 器三相跳闸的不同期性等因素, 跳闸后的三相初始 条件也是不对称的, 其初始条件可以分为 1, 2, 0三 序。当采用拉氏变换分析线路三相跳闸后的暂态过 程时, 各储能元件的初始条件可以转化为相应的电 流源或电压源。如果以 F ( s) 表示这种非零初始条 件的网络, 则计算三相跳闸后线路上暂态过程的 1, 2, 0序网如图 1所示。
图 1 三相跳闸后线路上暂态过程 的序网图
1. 2 各种短路故障情况下的暂态过程分析方法 ( 1)两相短路 两相短路三相跳闸后的三序 F ( s) 网络如图 2
所示。零序网络中自由分量的衰减振荡情况与线路 5
第 31卷第 1期 2007年 2月
湖北电力
V o .l 31 1 F eb. 2007
上是否有短路点无关。两相短路三相跳闸后的零序 分量是由断路器三相不同期跳闸引起的。
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第 31卷第 1期 2007年 2月
图 7 MATLAB 仿真模型
表 1 接地电阻为 0 时接地故障跳三相部分检验结 果
故障 故障 故障 类型 距离 形式
U a/U n
U b /U n U c/U n
实际 输出
理想 输出
A相
20%
瞬时 永久
0. 0936 0. 00026
[ 3] 李永丽, 李 斌, 黄 强等. 基 于高频保 护通道 信号的 三相自适应重合闸方法 [ J]. 中国电 机工程 学报, 2004 ( 7): 74~ 79.
图 3 两相接地短路三相跳闸后的 F ( s) 序网联接图
当短路点熄弧后, 三序网络的自振电压将按各 序网的固有频率和衰减时间常数衰减振荡, 自振电 压的幅值和相位则取决于熄弧后各 序网的初始条 件。设 B, C相为故障相, 根据对称分量法可知, 两 故障相电 压为零 的边 界条 件为: u1 ( t ) = u2 ( t) = u0 ( t)
20%
瞬时 永久
0. 0775 0. 00019557 0. 3 0. 359 0. 00257 0. 281
0. 339 1
0 1
A B相 接地
80%
瞬时 永久
0. 26 0. 0143
0. 158 0. 0148
0. 227 0. 00019571 0. 159 1. 013
0 1
ABC 接地
20%
0. 315 0. 358
0. 305 0. 00019559
0. 264
1
0 1
接地
80%
瞬时 永久
0. 151 0. 00262
0. 29 0. 392
0. 358 0. 00019564
0. 256
1
0 1
A B相
20%
瞬时 永久
0. 228 0. 0622 0. 000369 0. 00027
[中图分类号 ] TM 762. 2 [文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1006-3986( 2007)
The Study on Three- phase Adaptive R eclosure
ZHANG W en, YUAN Zhao-qiang
( Co llege of E lectrical Engineer ing & Inform ation T echnology, T hree G orges University, Yichang, H ubei 443002, Ch ina)
0. 116 0. 151
0. 3 0. 3
0. 036688 1. 0077
0 1
接地
80%
瞬时 永久
0. 352 0. 148
0. 0673 0. 298 0. 147 0. 298
0. 039297 1. 0077
0 1
ABC
20%
瞬时 永久
0. 206 0. 0392
0. 0872 0. 0392
瞬时 永久
0. 178 0. 113 0. 109 0. 000466 0. 000456 0. 00045
0. 0001956 1
0 1
表 3 不接地故障三相部分检验样本
故障 故障 故障 类型 距离 形式
U a/U n
U b /U n U c/U n
实际 输出
理想 输出
A B相
20%
瞬时 永久
0. 283 0. 151
3 仿真与网络测试结果
3. 1 仿真系统结构图 500 kV 的仿真系统结构如图 6所示, 该系统是
一个简单的单机对无穷大系统, 输电线路考虑带并 联电抗器。
图 6 500 kV 仿真系统结构图
线 路 参 数: Z1 = 0. 01273 + j0. 293 Z0 = 0. 386 4 + j1. 29 C1 = 0. 012 74 F C 0 = 0. 007 751 F 3. 2 MATLAB 仿真
2 模糊神经网络自适应三相重合闸
2. 1 解决方案 基于模糊神经网络的三相自适应自动重合闸系
统, 其原理图如图 4所示。系统实时采集系统输入 的特征量, 由前置处理器经过一定的处理和计算后, 送入模糊神经网络 ( FNN ) 进行判别, 再将结果送入 执行机构进行动作。
图 4 三相自适应自动重合闸系统
学习样本与测试样本都是由图 7所示模型仿真 而来, 学习样本以故障点 为线路全长的 0% 、10% , 30% , 50% , 70% , 90% , 100% 及在这些故障点过渡 电阻分别为 0, 300 所测得的数据, 分别见表 1和 表 2。测试样 本是 以 故障 点为 线路 全长 的 20% , 80% 处测得。为 了简单起 见, 仿 真时只选 取了 A, AB, ABC 相接地 故障以及 AB, ABC 相间故 障跳三 相后的数据用来训练及测试模糊神经网络。表 3为 不接地故障三相部分检验样本。表 3为不接地故障 三相部分检验样本, 从表 1~ 3中可以看出, 经过训 练后的神经网络, 能正确地判断瞬时与永久故障。
[ A bstract] T he transient process of lines after three-phases tr ip for earth fault and non-earth fault w ere analyzed w ith L aplace transform ation, based on this the fuzzy neural network w as estab lished, and the three-phase adapt ive rec losure w ith fuzzy neural netwo rk w as realized. T hrough theoret ica l analysis and lots of MATLAB sim u lation experim ents, it has been shown that th is m e thod can d iscrim inate the type of fau lts under threephase reclosing condit ion and has better effec.t [ K ey words] fuzzy neural netwo rk; three-phase adapt ive reclosure; to dist inguish transient fau lts and perm anent faults
0. 236 0. 243
0. 00039364 1
0 1
接地
80%
瞬时 永久
0. 272 0. 12 0. 00353 0. 00317
0. 324 0. 302
0. 00019571 1
0 1
ABC 三相
20%
瞬时 永久
0. 179 0. 124 0. 0844 0. 00019561
0. 000178 0. 0001780. 000178
1 线路发生故障三相跳闸后暂态过程
1. 1 基本分析方法 本文采用 拉氏变换对三相跳闸过程作定性分
[ 收稿日期 ] 2006-11-29 [ 作者简介 ] 张 雯 ( 1982 - ), 女, 湖北 随州 人, 硕 士研 究 生; 袁兆强 ( 1957- ), 男 , 山东临沂人, 副教授。
析, 并用 MATLAB进行定量分析计算。 已充电的超高压输电线路两端的断路器三相跳
[参考文献 ]
[ 1] 郭相国, 张 保会. 自适 应自动 重合 闸现 状与发 展 [ J]. 继电器, 2004( 16): 77~ 84.
[ 2] 杨 伟, 彭 丽, 张俊 芳, 吴军 基. 基于 模糊 神经 网络 的自适应单相重合闸 [ J] . 继 电器, 2005, 33( 15) : 66 ~ 70.