电网故障行波精确检测与行波保护应用基础研究

Traveling Wave Protection with high movement speed is immune to transition resistance and power system oscillation, therefore, it becomes a hot research in the fields of relay protection. Influenced by refraction and reflection of travelling wave, transmission dispersion and nonlinear characteristics of transformer, the detection precision of travelling wave is difficult to meet the requirements of engineering application and it becomes a basic theory problem in the process of travelling wave protection application. The project research will be conducted from the following three aspects, the first is analyzing the high frequency transmission characteristics of Rogowski coil, revealing the mechanism of traveling wave sensor, researching for reasonable feature band of travelling wave and building the multi-scale transmission function of transformer feature band; the second is studying the inversion theory and algorithm of sencondary travelling wave feature band signal,discussing autocorrelation and cross-correlation characteristic of incident wave and reflected wave time-frequency distribution, extractiong the waveform characteristics of incident wave feature band accurately and solving the broblem of incident wave and reflected wave aliasing which are based on the transmission function; the third is analyzing the internal and external fault characteristics of trvelling wave signal, proposing the accurate dectection algorithm of fault characteristics and constructing a new travelling wave protection method. The project is expected to solve the technical problems of substation traveling wave accurate detection and lay a theoretical and technical foundation for the utility of traveling wave protection. The project is aiming to exploring and discussing a new accurate detection theory and protection method of travelling wave.

行波保护具有动作速度快和不受过渡电阻、系统振荡等影响的独特优点，已成为国内外继电保护领域的研究热点。变电站行波检测受行波折反射、传输色散及互感器非线性特性等因素影响，检测精度难以满足工程应用要求，行波精确检测成为制约行波保护实用化的基础理论问题。为此，项目拟研究：（1）分析行波在变电站设备中的传输特性，揭示基于Rogowski线圈的行波传感器的高频传变机理，探寻合理的行波特征频带，建立行波传感器特征频带的多尺度传变函数；（2）基于传变函数，研究二次行波特征频带信号的反演理论与算法，探讨入射波和反射波时频分布的自相关与互相关特性，协同多点反演，精确提取入射波特征频带的波形特征，解决入射波与反射波的混叠难题；（3）分析行波信号的区内外故障特征，提出故障特征的精确检测算法，并构建一种新型行波保护方法。该项目旨在探讨新型行波精确检测理论与保护方法，为行波保护的实用化奠定理论与技术基础。

为了研究和解决行波精确检测与行波保护问题，项目主要做了以下工作：.（1）针对现有方法检测的二次行波信号不能真实反映电网一次行波特征的现状，通过现场数据采集、实验室物理实验和EMTP仿真分析方法进一步探讨变电站设备和专用电压行波传感器的高频传输特性，探寻典型特征频带，构建行波传感器特征频带传变函数 ；.（2）基于上述传变模型，研究二次行波特征频带波形反演理论与算法，提出了随机共振-反卷积反演算法和结合Tikhonov正则化理论的反卷积反演算法，该反演算法可以得到波形相似度在0.9以上的一次行波波形；.（3）项目对含噪环境下行波的精确检测方法进行了深入研究，提出了基于随机共振一固有时间尺度分解(SR-ITD )的行波信号检测方法，用于解决变电站提取行波信号存在强噪声干扰的问题。同时，提出了基于Kalman滤波算法的电网故障行波信号精确检测方法，在含噪声情况和微弱信号下均能有效提高电网故障行波定位的准确度与可靠性。.（4）根据研究发现：不同电网结构、故障点位置、故障时间、故障程度及不同类型故障产生的宽频带暂态信号波形特征具有唯一性。根据这一特性，项目提出一种基于波形相关原理的暂态保护新方法，根据波形相关系数来判别区内外故障，实现线路故障快速保护。.（5）同时，项目改进了行波信号提取技术、行波定位技术和时钟同步技术，真实提取入射行波特征频带信号，可为行波定位及保护算法提供更精确的行波信息，为行波的精确检测奠定了理论与技术基础，大大提高了行波保护的可靠性，显著促进了行波技术的推广应用和电网智能化、自动化的实现。.项目研究过程中，申请发明专利5项，其中已授权发明专利3项。完成高水平学术论文17篇，其中已发表SCI期刊论文2篇,EI期刊论文5篇，CSCD期刊论文1篇，核心期刊论文3篇；录用待发表EI期刊论文1篇, CSCD期刊论文3篇，核心期刊1篇；审稿中论文1篇。培养了硕士研究生8名，其中已毕业5名，2018年待毕业3名。