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1、I 【摘要】随着电力系统的发展， 超高压和特高压线路逐渐出现和增多，电网也在日趋复杂，为了保证系统的安全与稳定，需要更快速的继电保护。 基于故障暂态信息的行波保护是近年来比较热门的一种超高速继电保护，其突出优点是动作速度快且不容易受其它因素的干扰灵敏度高。其中，基于线路两端方向行波的行波差动保护动作速度快，不受系统振荡、过渡电阻、电容电流等的影响，行波差动保护给差动保护的研究带来更广泛的空间，对行波差动保护的研究具有重要的理论意义和实用价值。行波信号是一种具有突变性、 非平稳性的高频暂态信号。 特高压输电线路故障产生的暂态分量具有高频特性易跟噪声混杂在一起，所以在高频噪声背景下准确的提取行波信
2、息是特高压输电线路行波差动保护的研究重点之一，研究一种可靠性强且动作速度快的保护算法是研究重点之二。为 了 便 于 对 输 电 线 路 故 障 行 波 的 学 习 和 研 究 ， 本 文 提 出 了 基 于MATLAB/SIMULINK的输电线路故障行波仿真方法基于形态学的行波分析方法，同时详细介绍了SIMULINK提供的电力系统工具箱（PSB）中的部分模块的功能和使用方法及线路故障行波的提取方法，在此基础上建立了基于分布参数模型的输电线路故障行波仿真平台。最后，以输电线路的单相短路故障为例，应用该平台和MATLAB编程实现了对输电线路故障的仿真以及故障行波的提取。关键字：行波；差动保护；形态
3、学II 【Abstract】With the development of the power system, the EHV and UHV lines gradually increased, the grid is also increasinglyComplex, in order to ensure the security and stability of the system, the faster relay. Transient Fault-based informationTraveling wave protection is more popular in recent
4、 years, a high-speed relay protection, the advantage is speed of action and not susceptible to interference from other factors, high sensitivity. Which, based on the direction of both ends of the line traveling wave traveling wave differential protection speed, regardless of system oscillations, tra
5、nsition resistors, capacitors, current, traveling wave differential protection to the differential protection broader space differential protection based on traveling wave has important theoretical significance and practical value. Traveling-wave signal is a kind of mutation, non-stationary high-fre
6、quency transient signals. UHV transmission lines and therefore Impaired transient component with high-frequency characteristics easy mingled with the noise, so accurately extract the traveling wave information in the context of the high-frequency noise is one of the priorities of UHV transmission li
7、ne differential protection based on traveling wave, a reliable study protection algorithm is strong and fast action research focus. In order to facilitate the study and research of the traveling wave transmission line fault proposed in this paper based on the MATLAB / SIMULINK simulation method for
8、the transmission line fault traveling wave - traveling wave analysis method based on morphology, SIMULINK Power System Toolbox (PSB) in the function and use of part of the module and line fault traveling wave extraction method, on this basis, based on the distributed parameter model transmission lin
9、e fault traveling wave simulation platform. Finally, the single-phase transmission line short-circuit fault, for example, the application of the platform and MATLAB programming traveling wave transmission line fault simulation and fault extraction. Key words：Traveling wave; differential protection;
10、morphology III I 目录错误！未找到引用源。特高压输电线路高速行波差动保护研究1 1 绪论1.1 本课题研究的背景和意义电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分，它在保证电力系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。随着远距离、大容量、高电压和大规模联合电网的建立，现代电网的结构和运行方式复杂多变，系统的运行方式和故障类型越来越复杂，对系统运行安全性、可靠性和稳定性的要求在不断地提高，而快速地切除输电线路故障是提高电力系统暂态稳定性的有效措，因此研究输电线路的高速甚至是超高速保护具有重大的意义。传统保护基于提取故障引起的工频信号，利用工频或稳态分量作为继电保护的启动、动作
11、判据，而故障引起的工频信号和非工频暂态信号是相关联的，因此只能通过延时或者增设措施获得工频分量，这给EHV超高压输电线路实现速动带来了困难。事实上，这些高频故障分量中含有多于工频分量的故障信息(如故障方向、故障地点、故障类型、故障严重程度等) ，可以用来实现基于工频量无法达到的新型继电保护。基于暂态量的继电保护，就是利用故障产生的高频暂态分量来进行故障的判别、实现保护功能，具有响应速度快、准确性高等优点，而且不受过渡电阻、系统振荡、TA饱和等因素的影响。暂态量保护原理是一种全新的保护原理，可以改善继电保护装置的性能、解决工频量保护固有的弊端，因而成为继电保护新的发展方向。高压输电线路故障所引起
12、的行波中包含着丰富的故障信息。合理地利用行波信号中的故障信息， 不仅可以构成超高速动作的行波保护，而且可以形成精确的行波故障测距和不受中性点运行方式影响的小接地电流系统行波选线方法。现有行波测距行波选线方法的正确性和有效性己经被实际运行和现场试验所证实，这既说明了行波故障信息是可以用的，同为行波保护的研究时又和实际应用提供了经验和借鉴。近年来，随着行波理论的不断完善和小波变换、数学形态学等理论的不断发展，以及现代微电子技术的推陈出新，行波保护技术得到了较快发展，涌现出了许多基于单端、 双端行波测距和保护的方法和原理。国内外继电保护工作者也非常关注行波保护的应用研究，不断地掀起研究热潮，至今方兴
13、未艾、硕果累累。同时也应该看到的是目前行波理论的应用研究尚不成熟，还需要进一步完善。随着我国特高压输电技术以及智能电网技术的发展，超高速继电保护技术的研究也越来越受到重视。由于超高速继电保护的动作时间在毫秒级（如几毫秒），因此它不再依赖工频电压、电流信号，而主要利用故障后的暂态电压、特高压输电线路高速行波差动保护研究2 电流信号（或者行波电压、电流信号）。目前在输电线路上广泛采用的是反应工频电气量的继电保护装置。这些继电保护装置的构成原理是建立在工频电压、电流或其组合的功率方向、 阻抗等基础上的。随着电力系统的迅速发展，大容量机组和超高压输电线路的出现与增多，对继电保护的动作速度提出了更高的要
14、求。人们把目光投向了基于暂态故障信息构成的超高速继电保护的研究中，即出现了行波保护。继电保护工作者对超高压输电线路的研究主要集中在两个方面。一方面研究基于工频分量的保护算法，能达到最大限度的补偿电容电流带来的不平衡差流；另一方面运用新兴的数学处理工具，如小波分析和数学形态学来进行基于故障暂态量行波保护的研究。超高速继电保护技术得以迅速发展的主要支撑有2 个方面：一是高速数字信号处理器硬件（如 DSP芯片技术）的发展，使得数据采集的速度（主要是 A /D 转换的速度）和运算速度大幅提高；二是数学工具有了重大突破，出现了小波变换、数学形态学等先进的数学方法。小波变换在超高速继电保护中的研究起步较早
15、，成果非常丰富，但是其计算量较大， 且不易找到最佳的小波基函数。 近年来，数学形态学的发展使得人们开始探索其在高速继电保护中应用的问题，其主要优点是计算量相对小波变换而言较小，这样可以保证保护动作的快速性。本文是通过对特高压线路故障发生情况进行分析，通过传统的保护方案与行波保护方案的比较， 对行波保护方案进行研究分析，并且通过软件仿真验证， 从而确认了最佳的行波差动保护方案。1.2 输电线路行波保护的研究现状利用输电线路故障引起的行波进行故障测距的思想早在20世纪 40年代就己提， 用行波构成保护的研究则始于2050世纪年代末， 并在 70一80年代达到高潮。在此期间，日本学者T.Ta kag
16、i 提出了行波差动保护原理，Dommnel 和 Michels提出了行波判别式方向保护原理，A.T.JohnS 和 Aggarwal 提出了幅值比较式行波保护原理， Chamia和 Liberman 提出了极性比较式行波保护原理 Crossley 和Mclaren 等人提出了行波距离继电器。其中，行波差动保护和极性比较式行波保护等都进行了装置的研究，然而行波差动保护对通讯通道的要非常高，并且6OOHZ 的采样率使得装置很难采集到行波信号，导致它的动作速度约为 20ms ，行波保护快速动作的特性没有体现出来：极性比较式行波保护装置利用模拟电路实现，这使得保护无论在速动性还是在抗干扰性能方面都受都到很大的影响。值得一提的是，我国上世纪S0年代初引进了两套RALDA 型极性比较式行波保护装置，并安装在东北电网的500kV锦( 锦州) 辽( 辽阳)线和华中 500kV平(平特高压输电线路高速行波差动保护研究3 )顶山 武武昌线上。以上保护由于受当时各种技术条件的限制，使得保护的可靠性不能满足电力系统的要求，没能在电力系统中获得广泛应用。而且所遇到的问题在当时的条件下无能为力，这很大程
