本书针对广域电网故障行波精确检测、网络定位和同步时钟等关键理论技术展开研究，构建基于电压行波的广域电网故障保护与定位理论体系：①突破互感器信号传变的非线性与带宽局限，发明了时空多尺度故障信息深层挖掘技术，实现故障多特征量精确提取；②攻克故障行波定位同步时钟误差在线监测与修正的难题，发明了天地网三源互补授时的分布自治式广域时间同步技术，实现故障信号的广域同步测量；③突破单元式行波故障定位模式，发明了多信息融合动态干扰辨识、波速在线测量和定位装置的优化配置方法，显著提高了故障定位精度和可靠性。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 故障行波保护方法概述 2
1.2.1 行波保护技术的发展历程 2
1.2.2 现有行波保护方法 3
1.2.3 行波保护存在的主要问题 7
1.3 故障行波定位方法概述 8
1.3.1 传统故障定位方法 8
1.3.2 行波定位法的发展 9
1.3.3 行波定位存在的主要问题 13
1.4 故障行波检测概述 14
1.4.1 电压行波检测 15
1.4.2 电流行波检测 17
1.4.3 行波检测现存问题分析 18
参考文献 19
第2章 电网故障行波传播特性分析 23
2.1 引言 23
2.2 故障行波的产生与传播 23
2.2.1 故障行波的产生 23
2.2.2 故障行波在输电线路上的传播分析 24
2.2.3 故障行波在平行多导线系统中的传播分析 26
2.2.4 实际线路的相模变换和模量分析 27
2.2.5 故障行波在电网中的传播分析 33
2.3 影响行波在电网中传播的主要因素 35
2.3.1 母线接线方式对行波传播的影响 35
2.3.2 变电站设备对行波传播的影响 35
2.3.3 输电线路参数的影响 39
2.4 电网故障行波传播仿真分析 43
2.4.1 仿真模型 43
2.4.2 仿真结果 44
2.4.3 仿真结果分析 47
2.5 小结 50
参考文献 50
第3章 电网故障行波的提取 51
3.1 引言 51
3.2 互感器的行波传播特性分析 52
3.2.1 变压器线圈波过程 52
3.2.2 互感器分布参数模型的参数辨识 54
3.2.3 电压互感器行波传播特性仿真 57
3.2.4 电压互感器行波传播特性分析 60
3.3 CVT接地线上提取行波 62
3.3.1 测量信号的选取 62
3.3.2 测量点的选取 62
3.4 变压器外壳接地线上提取行波 66
3.5 PCB行波传感器提取行波 69
3.5.1 Rogowski线圈的工作特性 69
3.5.2 PCB行波传感器设计 71
3.6 专用行波传感器的研制 74
3.6.1 行波传感器的传变特性分析 74
3.6.2 行波传感器的设计 77
3.7 电压互感器行波传播测试 78
3.7.1 110kV电压互感器测试 78
3.7.2 220kV电压互感器测试 79
3.8 PCB行波传感器行波传播测试 80
3.8.1 频率响应特性测试 81
3.8.2 脉冲信号传变性能测试 82
3.8.3 暂态行波信号传变性能测试 84
3.9 小结 88
参考文献 88
第4章 电网故障行波的分析与辨识方法 89
4.1 引言 89
4.2 基于小波分析的行波波头检测 89
4.2.1 小波分析的基本理论 89
4.2.2 小波函数的选取 91
4.2.3 尺度的选取 92
4.2.4 门槛的选取 93
4.3 基于希尔伯特-黄算法的行波波头检测 94
4.3.1 瞬时频率 94
4.3.2 IMF 95
4.3.3 EMD方法 96
4.3.4 希尔伯特-黄变换的特点 97
4.4 基于Kalman滤波算法的行波波头检测 99
4.4.1 Kalman滤波的基本原理 100
4.4.2 性质分析 106
4.4.3 状态空间模型的建立 107
4.5 基于Kalman-TVAR的行波特征提取 111
4.5.1 时变自回归参数模型的坐标法 111
4.5.2 基函数的相关理论 113
4.5.3 模型定阶分析 115
4.6 基于S变换的行波特征提取 117
4.6.1 S变换的定义与推导 117
4.6.2 S变换的基本性质 119
4.6.3 时频矩阵的构造 121
4.7 基于Wigner Ville分布的时频特征提取 125
4.7.1 Wigner Ville分布定义 125
4.7.2 Wigner Ville分布的性质 125
4.7.3 Wigner Ville演变谱 128
4.7.4 故障行波信号时频特征提取 129
4.8 行波波头的硬件检测 133
4.8.1 行波波头辨识 133
4.8.2 行波信息记录 134
4.8.3 仿真分析 135
4.9 小结 137
参考文献 137
第5章 电网故障行波反演技术 139
5.1 引言 139
5.2 行波传感器特性测试与建模 140
5.2.1 行波传感器理论模型分析 140
5.2.2 行波传感器模型仿真与实验测试 141
5.2.3 行波传感器高频传变特性分析 144
5.3 基于SR-D算法的行波反演 145
5.3.1 基于反卷积理论的信号复原分析 145
5.3.2 基于随机共振理论的信号处理分析 148
5.3.3 SR-D反演算法研究 153
5.3.4 行波波形反演实现方案 154
5.3.5 仿真分析 154
5.4 基于Tikhonov正则化的行波反演 155
5.4.1 Tikhonov正则化理论 155
5.4.2 离散反卷积 157
5.4.3 正则化参数的选取 159
5.4.4 仿真分析 161
5.5 EMD结合维纳滤波的行波反演 162
5.5.1 基于EMD的行波处理方法 162
5.5.2 基于维纳滤波算法的信号反演分析 164
5.5.3 行波波形反演实现方案 166
5.5.4 仿真分析 166
5.6 小结 170
参考文献 170
第6章 电网广域时钟同步技术 172
6.1 引言 172
6.2 卫星时钟同步系统 173
6.2.1 卫星时钟同步系统组成 174
6.2.2 卫星时钟授时原理 175
6.3 时钟误差特性分析 176
6.3.1 卫星时钟误差 176
6.3.2 晶振时钟误差 177
6.3.3 其他误差 178
6.4 基于最小二乘回归的高精度卫星同步时钟算法 178
6.4.1 总体方案 178
6.4.2 时钟误差的最小二乘估计 179
6.4.3 时钟误差的修正 184
6.4.4 高精度时钟的硬件实现 185
6.4.5 高精度时钟的应用 188
6.5 基于偏最小二乘回归的高精度卫星同步时钟算法 190
6.5.1 偏最小二乘回归的基本原理 190
6.5.2 偏最小二乘回归分析模型 191
6.5.3 基于偏最小二乘回归同步时钟算法的实现 195
6.5.4 高精度时钟的仿真验证 197
6.6 基于数字锁相环的高精度卫星同步时钟算法 200
6.6.1 基于数字锁相环的卫星时钟授时方案 200
6.6.2 高精度卫星时钟的工作原理 201
6.6.3 高精度时钟的仿真实验 205
6.7 IEEE1588同步时钟 208
6.7.1 IEEE1588同步时钟的组成 208
6.7.2 IEEE1588授时原理 210
6.7.3 PTP报文 212
6.8 IEEE1588同步时钟误差分析 215
6.8.1 IEEE1588同步报文网络延时误差分析 215
6.8.2 IEEE1588同步时钟内部误差分析 216
6.9 基于加权和高稳调谐原理的高精度同步时钟 218
6.9.1 基于往返时延加权原理的同步改进算法 218
6.9.2 基于高稳调谐原理的修正方法 221
6.9.3 高精度同步时钟的仿真验证 223
6.10 “天地互备”广域同步网建设方案 225
6.10.1 同步系统的主要问题 225
6.10.2 “天地互备”广域同步网方案设计思路 225
6.10.3 广域同步系统的优势分析 226
参考文献 228
第7章 电网故障行波定位方法研究 229
7.1 引言 229
7.2 行波定位网络的构建 229
7.2.1 电网拓扑结构图 229
7.2.2 行波定位网络图 230
7.3 电网拓扑结构图的简化 231
7.3.1 利用Floyd算法简化网络 231
7.3.2 利用动态简化原则简化网络 232
7.3.3 最不利情况时简化网络 233
7.3.4 包含双回线路的网络简化 234
7.4 网络简化方法应用于实际网络 236
7.4.1 故障线路不属于环路 236
7.4.2 故障线路属于环路，且环路中所有数据有效 237
7.4.3 故障线路属于环路，但环路中某节点时间记录错误 238
7.5 电网故障行波定位方法 239
7.5.1 定位原理 240
7.5.2 故障线路的确定 240
7.5.3 无效行波到达时间的剔除 241
7.5.4 折算故障距离的求取与有效性识别 242
7.5.5 权重设置方法 243
7.5.6 算法步骤 243
7.5.7 仿真分析 243
7.6 基于Dijkstra算法的网络定位算法 248
7.6.1 Dijkstra算法分析 248
7.6.2 基于Dijkstra算法的电网最短路径分析 249
7.6.3 最短路径距离矩阵的修正算法 250
7.6.4 修正算法仿真分析 250
7.6.5 基于Dijkstra算法的电网故障行波网络定位方法 256
7.6.6 仿真分析 257
7.7 电网故障行波检测装置的优化配置 264
7.7.1 配置原则 264
7.7.2 优化配置方法 265
7.7.3 优化配置方案分析 267
7.8 小结 269
参考文献 270
第8章 电网故障行波保护方法研究 271
8.1 引言 271
8.2 基于行波波头瞬时频率的输电线路行波保护 271
8.2.1 基于行波波头瞬时频率的行波保护判据 272
8.2.2 仿真分析 273
8.2.3 各种情况的仿真结果分析和保护算法验证 276
8.2.4 开关操作的识别 278
8.3 基于希尔伯特能量谱的输电线路行波保护 280
8.3.1 基于希尔伯特能量谱的行波保护判据 281
8.3.2 仿真分析 282
8.3.3 各种情况的仿真结果分析和保护算法验证 286
8.4 广域行波保护系统的结构 288
8.5 基于极性比较原理的广域行波保护 289
8.5.1 电网行波传播极性分析 289
8.5.2 线路/TWPR关联矩阵的形成 290
8.5.3 故障线路的确定 291
8.5.4 仿真分析 292
8.6 基于初始行波时间原理的广域行波保护 295
8.6.1 初始行波到达时间特性分析 295
8.6.2 无效初始行波到达时间的判别及修正 296
8.6.3 故障线路的确定 297
8.6.4 保护算法 297
8.6.5 仿真分析 298
8.7 基于波形特征匹配的行波保护方法研究 299
8.7.1 故障行波的时频特征分析 300
8.7.2 波形匹配 303
8.7.3 不同区域故障行波的特征匹配 306
8.7.4 保护方案 309
8.7.5 不同故障情况下的仿真适应性分析 310
参考文献 313
京公网安备 11010102004214号