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

1、電力系統(tǒng)在容量、規(guī)模、電壓等級(jí)方面的飛速發(fā)展給繼電保護(hù)帶來(lái)了新的要求。從繼電保護(hù)發(fā)展的歷史來(lái)看，新理論、新技術(shù)、新材料的涌現(xiàn)為繼電保護(hù)技術(shù)的不斷完善提供了技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)了繼電保護(hù)技術(shù)近百年的發(fā)展。今天，繼電保護(hù)已進(jìn)入信息技術(shù)領(lǐng)域，這是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，而數(shù)字信號(hào)處理則是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的核心技術(shù)。計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)是利用數(shù)學(xué)計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)故障量的測(cè)量、分析和判斷的。而運(yùn)算的基礎(chǔ)是若干個(gè)離散的、量化的數(shù)字采樣序

2、列。從這一點(diǎn)來(lái)看，在眾多可能給繼電保護(hù)技術(shù)帶來(lái)突破的潛在因素中，始終不應(yīng)忽視信號(hào)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(gè)新型的數(shù)字信號(hào)處理工具。本文首先對(duì)MM的發(fā)展歷史作了簡(jiǎn)要回顧，并對(duì)其理論基礎(chǔ)作了簡(jiǎn)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(hào)處理的MM算子，接下來(lái)探討了利用MM技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)原理進(jìn)行革新和改進(jìn)的可能性，為促進(jìn)基于現(xiàn)代處理技術(shù)的繼電保護(hù)研究做了一些前瞻性的工作。 MM是一門(mén)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(mén)學(xué)科最早起源于對(duì)巖相學(xué)的定量描述工作，被廣泛應(yīng)用于信號(hào)、圖像分析和處理等工程領(lǐng)域。不同于很多其它的信號(hào)處理技術(shù)，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)面向的是信號(hào)的時(shí)域波形而不是從頻域或時(shí)頻域入手。作為一種非線性變換，形態(tài)學(xué)濾波器通過(guò)改變信號(hào)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(yùn)算及少量的加減運(yùn)算，可以認(rèn)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(hù)處理

4、時(shí)間，它在繼電保護(hù)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(shí)際應(yīng)用出發(fā)，創(chuàng)造性地提出了兩種MM算子—— (1)級(jí)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(hào)檢測(cè)和特征提取工具; (2)多分辨形態(tài)開(kāi)閉濾波器(MMOC)作為一種有力的繼電保護(hù)信號(hào)處理去噪算法。詳細(xì)介紹了這兩種算法形成的過(guò)程和背景，給出了算法的定義，研究了算法機(jī)理，并以公式的形式給出了算法所需的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，進(jìn)行了必要的討論。

5、 對(duì)于在本側(cè)距離保護(hù)二段內(nèi)、對(duì)側(cè)距離保護(hù)一段內(nèi)的發(fā)生故障的情況，本文中利用SMMG檢測(cè)對(duì)側(cè)保護(hù)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(wú)通道全線相繼速動(dòng)保護(hù)。在此基礎(chǔ)上提出了一種自適應(yīng)相繼速動(dòng)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(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。 快速精確的選相是輸電線路保護(hù)的正確快速動(dòng)作的基礎(chǔ)，并且選相元件還是實(shí)現(xiàn)單相自動(dòng)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(duì)繼電保護(hù)越來(lái)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(yàn)證明了該方案的有效性。 為了防止在系統(tǒng)振蕩時(shí)誤動(dòng)，距離保護(hù)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(shí)，又要求保護(hù)能夠有選擇性的切除故障，這就需要選相元件在振蕩時(shí)仍能精確測(cè)量。本文提出了一種基于SMMG的改進(jìn)的振蕩中不對(duì)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(yán)重的外部故障

7、時(shí)，電流差動(dòng)保護(hù)可能因?yàn)殡娏骰ジ衅?CT)飽和而誤動(dòng)。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(shí)間差可以用來(lái)識(shí)別內(nèi)外部故障。本文提出了一種利用SMMG識(shí)別這種時(shí)間差來(lái)構(gòu)成新型差動(dòng)保護(hù)CT飽和閉鎖方案。仿真試驗(yàn)證明這種方法可以實(shí)時(shí)地、精確地檢測(cè)這一時(shí)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(hù)方案。該方案首先利用一個(gè)MMOC濾波器濾除混于行波信號(hào)中的噪聲干擾，然后用一個(gè)一階多