基于暂态信号时频多尺度波形特征匹配的输电线路故障保护新方法研究

Transient protection has high operation speed, and it isn’t influenced by transient resistance and system oscillation. So, it becomes important development direction in smart grid protection. Traditional transient protection uses part fault information of time domain or frequency domain. Reliability is difficult to satisfy the requirement of engineering application. Thus, the project is deeply excavated multi-dimension waveform characteristics of wide range transient signal, it focuses on analyzing high frequency transmission mechanism for wide range transient signal, and setting up its accurate detection model, which can reduce signal aliasing and distortion, and wide range transient signal accurate extraction. Furthermore, the project is deeply investigated time-frequency combined analysis method for wide range transient signal to accurate extract waveform characteristics, such as waveform arrival time, frequency, magnitude and polarity. And then, the project is researched the waveform influence by network structure, fault location, fault time, fault level and fault type, and summarized the influence mechanism. The waveform characteristics library for wide range transient signal is set up. Last, waveform characteristic matching technology is researched, which is used to compare detection waveform and waveform from the waveform characteristics library, and a protection criterion is proposed based on waveform matching degree. The project aims to propose a novel extra-speed transient protection method in order to improve the reliability for transmission line.

暂态保护具有动作速度快和不受过渡电阻、系统振荡影响等独特优点，已成为智能电网继电保护发展的重要方向。现有暂态保护方法仅利用时域或频域局部信息，可靠性难以满足工程应用要求。为此，项目拟综合利用宽频带暂态信号时频多尺度波形特征，提高暂态保护的可靠性，重点研究：暂态信号的宽频传变机理，建立宽频带暂态信号精确检测模型，减少信号的混叠与失真，实现宽频带暂态信号精确检测；探讨宽频带暂态信号的有效时频联合分析方法，精确提取宽频带暂态信号的时间-频率-幅值-极性等时频多尺度波形特征；研究电网结构、故障点位置、故障时间、故障程度及故障类型对宽频带暂态信号时频多尺度波形特征的作用机理，建立输电线路故障宽频带暂态信号时频多尺度波形特征库；研究波形特征匹配技术，将检测信号的波形特征与波形特征库进行时频多尺度匹配，根据匹配度提出保护判据。项目旨在探讨构筑新型超高速暂态保护方法，以提高输电线路故障暂态保护的可靠性。

针对宽频带暂态信号的真实可靠检测与暂态保护实用化问题，项目主要做了以下工作：.（1）针对宽频带暂态信号的精确提取问题，项目对Rogowski线圈测量原理进行分析，建立宽频带传递函数模型，在此基础上对Rogowski线圈的电磁参数与其高频传变特性的关系进行仿真分析，并研究Rogowski 线圈传感器的不同频率响应特性，保证宽频带暂态信号的测量准确度与灵敏度。.（2）针对宽频带暂态信号的真实检测问题，项目提出了一种基于磁场测量的新型行波检测方法，以解决宽频带暂态信号测量中的强电磁干扰问题。提出了一种是基于EMD分解法的电压行波精确检测方法，采用宽频带暂态信号分频段波形反演、各频段反演信号合成的方法来实现宽频带暂态信号的真实检测。.（3）基于宽频带暂态信号的实时全景信息，项目研究了一种宽频带暂态信号的有效时频联合分析方法和时频特征提取算法以及输电线路故障关联规律和描述方法。提出利用S变换提取宽频带暂态信号在不同频率不同时间段的波形特征，构造时频矩阵来反映暂态信号的时频变化特征，利用奇异值分解剔除时频矩阵的冗余信息，通过对时频矩阵进行相似度计算来表征不同故障暂态波形间的相似度。.（4）基于宽频带暂态信号信息的输电线路故障特征、关联规律和描述方法，项目对区内外宽频带暂态信号进行时间-频率-幅值-极性多尺度波形特征匹配，并计算波形特征匹配度。发现区内外故障时，宽频带暂态信号波形特征不同，因此提出了一种基于时频多尺度波形特征匹配的暂态保护新方法，利用检测到的宽频带暂态信号波形特征与区内故障时的暂态信号波形特征进行对比，根据波形匹配度实现区内外故障辨识。.项目研究过程中，申请发明专利7项，其中已授权发明专利4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9篇，CSCD期刊论文3篇，核心期刊论文2篇；录用CSCD期刊论文1篇。培养了硕士研究生10名，其中已毕业5名，2020年待毕业5名。