數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在電力系統(tǒng)繼電保護中的應(yīng)用研究.pdf

1、電力系統(tǒng)在容量、規(guī)模、電壓等級方面的飛速發(fā)展給繼電保護帶來了新的要求。從繼電保護發(fā)展的歷史來看，新理論、新技術(shù)、新材料的涌現(xiàn)為繼電保護技術(shù)的不斷完善提供了技術(shù)基礎(chǔ)，推動了繼電保護技術(shù)近百年的發(fā)展。今天，繼電保護已進入信息技術(shù)領(lǐng)域，這是計算機技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，而數(shù)字信號處理則是實現(xiàn)計算機繼電保護的核心技術(shù)。計算機繼電保護是利用數(shù)學(xué)計算方法實現(xiàn)故障量的測量、分析和判斷的。而運算的基礎(chǔ)是若干個離散的、量化的數(shù)字采樣序

2、列。從這一點來看，在眾多可能給繼電保護技術(shù)帶來突破的潛在因素中，始終不應(yīng)忽視信號處理技術(shù)的存在。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)(MM)是繼小波分析后又一個新型的數(shù)字信號處理工具。本文首先對MM的發(fā)展歷史作了簡要回顧，并對其理論基礎(chǔ)作了簡要介紹，在此基礎(chǔ)上提出了兩種新穎的適合于電力系統(tǒng)一維信號處理的MM算子，接下來探討了利用MM技術(shù)對繼電保護原理進行革新和改進的可能性，為促進基于現(xiàn)代處理技術(shù)的繼電保護研究做了一些前瞻性的工作。 MM是一門建立在集論基

3、礎(chǔ)之上的學(xué)科，它是幾何形態(tài)分析和描述的有力工具。這門學(xué)科最早起源于對巖相學(xué)的定量描述工作，被廣泛應(yīng)用于信號、圖像分析和處理等工程領(lǐng)域。不同于很多其它的信號處理技術(shù)，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)面向的是信號的時域波形而不是從頻域或時頻域入手。作為一種非線性變換，形態(tài)學(xué)濾波器通過改變信號或圖像的一些局部幾何特征，便可以提取有用的信息做特征分析和描述。形態(tài)變換主要為比較運算及少量的加減運算，可以認為，與傳統(tǒng)的數(shù)字濾波算法相比，形態(tài)學(xué)濾波單元僅占用很少的保護處理

4、時間，它在繼電保護乃至電力系統(tǒng)其它領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 本文從電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用出發(fā)，創(chuàng)造性地提出了兩種MM算子—— (1)級聯(lián)多分辨形態(tài)學(xué)梯度變換(SMMG)作為一種新穎有效地奇異信號檢測和特征提取工具; (2)多分辨形態(tài)開閉濾波器(MMOC)作為一種有力的繼電保護信號處理去噪算法。詳細介紹了這兩種算法形成的過程和背景，給出了算法的定義，研究了算法機理，并以公式的形式給出了算法所需的數(shù)據(jù)窗長度，進行了必要的討論。

5、 對于在本側(cè)距離保護二段內(nèi)、對側(cè)距離保護一段內(nèi)的發(fā)生故障的情況，本文中利用SMMG檢測對側(cè)保護跳閘引起的本側(cè)序電流的二次突變量，從而構(gòu)成輸電線路無通道全線相繼速動保護。在此基礎(chǔ)上提出了一種自適應(yīng)相繼速動方案。該方案大大提高了傳統(tǒng)的基于傅氏算法的方法的靈敏度，最大限度的消除了死區(qū)，且具有計算簡單的優(yōu)點。 快速精確的選相是輸電線路保護的正確快速動作的基礎(chǔ)，并且選相元件還是實現(xiàn)單相自動重合閘的必要條件。然而傳統(tǒng)的選相元件漸漸不能滿足電

6、力系統(tǒng)對繼電保護越來越高的要求。本文提出了一種基于SMMG的快速選相元件。該元件利用SMMG提取模電流的工頻故障分量，仿真試驗證明了該方案的有效性。 為了防止在系統(tǒng)振蕩時誤動，距離保護需要設(shè)置振蕩閉鎖元件。另一方面，在振蕩中發(fā)生內(nèi)部故障時，又要求保護能夠有選擇性的切除故障，這就需要選相元件在振蕩時仍能精確測量。本文提出了一種基于SMMG的改進的振蕩中不對稱故障選相元件。仿真研究證明了該方法的有效性。 當(dāng)經(jīng)歷嚴重的外部故障

7、時，電流差動保護可能因為電流互感器(CT)飽和而誤動。在這種情況下，從相電流發(fā)生突變到差流出現(xiàn)之間的時間差可以用來識別內(nèi)外部故障。本文提出了一種利用SMMG識別這種時間差來構(gòu)成新型差動保護CT飽和閉鎖方案。仿真試驗證明這種方法可以實時地、精確地檢測這一時間差，從而構(gòu)成高速可靠的閉鎖元件。 本文還提出了一種多分辨形態(tài)變換技術(shù)的輸電線路超高速方向保護方案。該方案首先利用一個MMOC濾波器濾除混于行波信號中的噪聲干擾，然后用一個一階多