双数字信号处理的电流继电保护和测控装置的研制

根据微机保护系统的快速、准确的发展趋势和DSP数字信号处理芯片的特点,设计并实现了一种双数字信号处理芯片结构的电流继电保护和测控装置,提高了数据处理速度。采用双端口随机存储器实现两处理器的通信。通过每周波多点数快速傅立叶算法计算,实现对配电线路实时高精度测量、快速谐波分析等功能。微机保护算法采用了具有数字滤波功能的24点离散傅立叶变换算法,消除高次谐波的干扰,提高了电流保护的选择性和可靠性。

Visual Basic在测控系统RS-485通信中的应用

分析了VisualBasic系统通信控件的基本属性，指出单纯通信控件在工业测控现场RS－485应用的不足，提出了结合定时器控件的一种可靠的通信方法，该方法具有简单、抗干扰性强的特点。

利用快速傅立叶变换提高现场电力计量精度

介绍快速傅立叶变换在电力系统监控中应用的理论方法。通过模拟计算和实际比较,论证了在电力系统监控装置中采用自适应频率测量方法的必要性,确定了最佳的每周期采样点数。实现了基于普通单片微处理器的带有谐波分析功能的性能价格比极佳的电力监控装置。

广域量测信息大数据特征分析及应用策略

为深入理解广域量测信息特征,采用类比分析方法探究了广域量测理论研究成果难以转换成实际应用的原因。首先,以信息论大数据4V特征为条件,提出一种判断大数据的逻辑结构。然后,深入分析电网广域信息暂态数据、动态数据及事件标识数据的产生过程、描述结构及关联关系,结合某省WAMS系统实例,与大数据判断条件进行逐一类比分析,论述了广域量测信息是一种电网特有的大数据,难以满足多数WAMS理论研究成果对于数据持续性和准确性的要求,是理论成果难以向实用转换的重要原因。实现WAMS理论成果实用化,必须有效处理广域信息大数据,由此提出了建立数据可信分级、设计专用数据处理控制器、增添数据分群管理模式等数据应用策略。

基于稀疏分解与综合测度值的配电网故障选线方法

为提高基于暂态量选线方法的准确性和鲁棒性,同时尽可能多的包含故障信息,提出了一种基于稀疏分解与综合测度值的配电网故障选线方法。首先,利用匹配追踪算法对故障瞬间2个周期内的暂态零序电流进行4次迭代分解;然后,选取1/4周期内的最佳原子作为研究对象,一方面计算原子奇异熵,另一方面利用最佳原子重构得到特征原子,并计算其实际能量;最后,以归一化后原子奇异熵的倒数为自变量,构造了故障信任度函数,进而构造了能够多角度量化故障信息的故障综合测度函数,最大故障综合测度值对应的线路被选取为故障线路。仿真结果表明:故障发生时,求得的故障线路综合测度值大于健全线路综合测度值,基于该特性得到的选线结果不受故障线路类型、故障相角、过渡电阻和故障距离的影响。

基于多信息源的大电网低频振荡预警及防控决策系统

低频振荡是威胁互联电网安全稳定运行的关键因素之一。负阻尼机理低频振荡和强迫功率振荡在我国均有发生。基于WAMS和EMS实时多信息源相结合,提出一种将低频振荡实时监测预警、扰动源定位、动态稳定控制策略在线搜寻综合应用于大电网的动态稳定防控方法。阐述了系统整体功能架构,介绍了多机理低频振荡防控并行技术方案。通过Prony计算、振荡能量指标、运行参数特征值灵敏度分析、模式匹配策略等方法实现低频振荡在线预警及防控,并指出了所涉及的关键技术。该系统可实现大电网低频振荡快速量化评估与辅助决策,对提高电力系统动态安全预警及防控水平,具有重要理论指导和工程实践意义。该原理方法在河南省互联电网低频振荡防控系统中得到实际应用。

基于卡尔曼滤波的电能质量分析方法综述

首先对电能质量问题及其分析检测方法进行简单介绍;然后主要综述了常规卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波这3种卡尔曼滤波的基本原理,并对其在电能质量分析中的应用进行了系统的总结,对比分析了各种方法的利弊;最后对卡尔曼滤波方法现存的问题及今后的发展趋势进行了展望。

换流站交流滤波支路断路器燃弧故障建模分析

换流站动态无功平衡需要频繁动作断路器投切滤波支路电容器组,投切容性负荷易诱发暂态过电压,近年来已发生多起断路器击穿爆炸恶性事故。现有模型无法准确模拟断路器投切容性负荷导致的击穿燃弧过程,针对该问题,分析现场实录故障数据,发现动态燃弧电阻是准确模拟的关键因素;针对传统时变电阻模型和Mayr电弧模型以工频熄弧原理为基础的局限性,将预燃弧阶段分为起弧阶段和不完全燃弧阶段,将全熄弧阶段分为准熄弧阶段和熄弧阶段,提出基于高频熄弧过程的二次动态燃弧模型。数值仿真与换流站实测波形对比,验证所提模型的正确性;并基于此模型,对断路器击穿燃弧电压、电流和电阻的动态特性进行分析,为后续换流站交流断路器燃弧故障的识别和预警提供基础。

高压直流输电交流滤波器与交流系统最大并联阻抗的分析与计算

作为高压直流输电的重要组成部分,交流滤波器在抑制谐波和无功补偿方面发挥着巨大的作用。在滤波器的设计中需要进行性能和稳态定值计算,二者都需要得到滤波器阻抗与系统阻抗的并联阻抗最大幅值,以计算最大谐波电压畸变和滤波器元件的最大电流应力。将拉格朗日乘数法引入到滤波器阻抗与系统阻抗的并联极大值计算中,首先从理论分析的角度证明,在系统阻抗和滤波器阻抗的电阻值均不为负时,并联阻抗极大值点位于系统阻抗区域的边界线上。然后,提出目前常用的系统阻抗区域类型的并联阻抗极大值点的计算方法,并给出相应的求解公式,最后利用仿真分析法验证本文算法的有效性。对比结果表明:所提出的方法在计算精度方面有较大优势,比利用找谐振点法得到的结果更加符合实际工程的要求。

基于量子行为粒子群优化–人工神经网络的电能质量扰动识别

提出一种基于量子行为粒子群优化(quantum-behaved particle swarm optimization,QPSO)的改进算法,用于优化人工神经网络(artificial neural network,ANN),实现电能质量(power quality,PQ)扰动识别。采用2个神经子网络,分别用于事件型和变化型PQ扰动识别。PQ扰动信号的特征量通过信号的投影分析、动态测度计算、分形技术获取,作为2个子网络的输入量。改进的QPSO算法主要增加了学习因子、粒子聚集度和进化速度等参数,改进了QPSO算法的参数迭代更新过程,从而优化了神经子网络的训练结果。6种典型现场采集的PQ扰动数据识别结果表明,与加入动量因子的前馈式神经网络的训练方法相比,该算法具有更好的收敛性和稳定性。

基于水平尺度扩展的土壤水分介电传感技术

设计了一种水平放置管式结构的介电水分传感器测量系统,通过水平往复移动扫描,测量一定深度下水平剖面的土壤水分。水分传感器的测量原理为频域(FD)外缘场阻抗法,该系统实现了土壤水平剖面含水率的线扫描测量,其最大扫描长度为380 cm。为了检验该测量系统的技术性能与可应用性,结合农田滴灌试验给出了2个点源激励下土壤入渗的应用测试案例。试验结果显示了不同质地土壤的入渗差异并记录了点源激励下土壤入渗过程的时间、空间三维数据。

基于2阶累加生成相关性的谐振接地系统故障选线方法

根据电感电流与电容电流的关系,提出一种基于2阶累加生成相关性的谐振接地系统故障选线方法。单相接地故障发生后,首先,奇异值分解两周期内的原始暂态零序电流,得到一系列特征分量,并计算各特征分量与原始暂态零序电流的相关系数;然后,小波阈值算法处理相关系数大于阈值的特征分量,并重构以得到纯净的暂态零序电流;其次,为凸显数据形态和表征信号的内在发展趋势,2阶累加生成(2-AGO)方法处理各线路暂态零序电流信号获得本征趋势分量,并对其进行自然对数变换。最后,计算各线路综合相关系数,并选取最小综合相关系数对应的线路为故障线路。理论分析和仿真结果均证明了所提选线方法的准确性,可靠性和强抗噪性。

一种新型微机继电保护实验装置的研制

根据高校电力系统继电保护实验教学的需要,研制了一种适合高校实验教学用的微机保护实验装置,填补了国内高校微机保护实验装置的空白。该装置以16位MCU为中心,具有各类输入输出接口,并设有RS-232和USB通信接口。配有组态实验软件,人机界面友好,能方便进行各种继电保护原理实验和不同算法的比较。采用了简单灵活的JTAG口作为调试接口,并专门设计了易于拆卸的整机结构,便于实验者对微机保护实验装置及过程的全面了解。

基于内边缘场电容效应的树干/枝水分传感器研究

茎秆水分与茎流速率是解析植物茎秆内水分传输的2个重要参数。设计了一种基于内边缘场电容效应的树干/枝水分传感器。采用有机溶液试剂法与枝条冻融法分别对传感器做了性能测试试验,证实了传感器在相对介电常数16.8-81变化范围内具有很好的线性关系（R2=0.977 2）,并从冻融-干湿等价性能看,传感器反应灵敏度满足测量要求。利用枝条脱水法得到了传感器参考标定曲线,决定系数为0.992 2。温室环境下的盆栽苹果树试验证实了该传感器既可无损观测树干细胞昼夜间的充放水过程,还可感测亏水树干内膨压崩溃与恢复过程。

交流滤波器支路断路器高频燃弧故障检测研究

为了维持系统动态无功平衡,换流站交流断路器需要频繁的投切滤波器组,容易出现击穿燃弧事故,破坏断路器的绝缘能力甚至引发爆炸等恶性事故。由于断路器燃弧故障电流呈现高频振荡衰减特性,振荡持续时间短,无固定稳态周期,无明显零休区间,现有的燃弧故障检测方法难以适用。针对该问题,该文通过分析预击穿阶段和稳态燃弧阶段的电弧电流特性,提出一种基于一阶累加生成和平均偏移度的断路器高频燃弧故障检测方法。仿真分析不同故障条件下算法的正确性和适用性,现场录波数据证实算法的有效性。

一种新的电能质量扰动信号去噪方法

针对电能质量扰动信号去噪过程的简化和硬件实现问题,提出基于信号相关性处理的跨小波尺度空间去噪方法。基于电能质量扰动信号不同成分在小波尺度空间上的相关性不同,新方法把原信号分为两个数据长度相等的新信号,分别进行小波变换,跨两个尺度空间对相同分解深度的尺度系数进行相关性处理和软阈值处理,合并后的信号可滤除噪声成分。仿真信号去噪前后的赋范均方误差小且具有更好的检测效果。算法计算复杂度分析结果和实际运行表明,在高速DSP上可以实时实现该算法。

输电线路微机距离保护中解微分方程算法的分析与改进

为改善基于单端电气量距离保护的性能,提高距离继电器承受过渡电阻的能力,从单端故障测距的角度出发,分析距离保护中计算阻抗的常用算法———解微分方程算法,结合输电线路发生各种故障后的电压电流关系,对传统的解微分方程算法进行了分析。根据分析得到的结果,对两相短路故障和两相接地短路故障算法进行了改进。针对传统的用于两相故障和两相接地故障中的解微分方程算法不能有效地克服负荷电流对于计算电抗的影响,在改进中重点解决如何有效消除负荷电流的影响。两相故障采用非故障相来消除负荷电流的影响,而两相接地故障则根据故障点电流和保护安装处零序电流的关系消除负荷电流影响。通过仿真计算表明,经改进的算法较常用算法抗过渡电阻能力强,测距结果比常用的解微分方程算法更准确,可应用于实际的距离保护装置中。

周期性电压闪变信号数学模型频率特性分析

在IEC给出的闪变仪设计原理基础上,研究了周期性电压闪变信号数学模型的频率特性。文中将电压信号自乘求平方后的数学模型分成了5个部分,分别研究了各个部分的频率特性,及各个部分与调幅波频率的关系。得出周期性电压闪变信号数学模型的频率特性:电压波动分量不一定等于调幅波分量;不同频率调幅波产生电压波动的成分不同;不仅频率在0～35Hz的调幅波信号可以产生闪变,频率大于50Hz,甚至大于100Hz的调幅波信号也会产生频率范围0.05～35Hz的电压波动,从而产生明显的闪变。

分布式变电站电力监控系统

探讨变电站电力监控系统的总体结构方案，详细分析监控系统软件的功能和实现过程。监控系统以分布式线路监控仪为基础，应用软件基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５环境，有全新的图形操作界面，实时多任务运行，符合变电站综合自动化和电网调度自动化的要求。

差分与傅氏变换相结合算法在微机电流保护中的应用

采用差分与傅氏变换相结合的计算方法 ,省去模拟滤波电路 ,从带有衰减直流分量的故障电流中提取基波电流 ,进行保护计算和判断 ,具有较高的准确性和可靠性。