故障行波理论及其应用 pdf 在线 2025 epub 免费 书籍 下载

本书从基本的电磁波现象入手，概括性地介绍了均匀传输线导行电磁波，然后系统性地介绍了故障行波，研究了故障行波的互感器和电缆传变*性，给出了故障行波的二进小波变换模*大值表示。在此基础上，介绍了行波方向*护、行波差动*护、直流线路行波*护，行波测距、行波选线以及暂态故障行波测试系统。

目录

序*　

序二　

序三

前言

第1章　绪论　1

1.1　电力系统及故障　1

1.2　电力系统故障分析　3

1.2.1　基尔霍夫定律　4

1.2.2　节点电压法和回路电流法　4

1.2.3　对称分量法　4

1.2.4　拉氏变换法　7

1.2.5　现有电力系统故障分析的不足　8

1.3　传统继电*护和故障检测技术所面临的挑战　8

1.3.1　输电线路分相电流差动*护　8

1.3.2　柔性直流电网*护　10

1.3.3　中性点非有效接地系统配电线路单相接地*护　11

1.3.4　电力线路故障测距技术　11

第2章　电磁波基础　15

2.1　时变电磁场　15

2.1.1　麦克斯韦方程组　15

2.1.2　坡印亭定理　19

2.2　波动方程及其达朗贝尔解　20

2.2.1　电磁场的波动方程　20

2.2.2　动态位　22

2.2.3　波动方程的达朗贝尔解　25

2.3　平面电磁波　28

2.3.1　理想介质中的均*面波　29

2.3.2　导电媒质中的均*面波　39

2.3.3　电磁波在不同媒质分界面的折反射　42

2.4　均匀传输线中的导行电磁波　46

2.4.1　均匀传输线的基本方程　46

2.4.2　均匀传输线方程的正弦稳态解　52

2.4.3　均匀传输线的等效电路和工作状态　55

2.5　平行多导体线路中的导行电磁波　63

2.5.1　平行多导体线路的波动方程　63

2.5.2　平行多导体线路的相模变换　64　

2.5.3　平行多导体线路模量上的波阻抗和波速度　65

第3章　故障行波理论　67

3.1　单相均匀无损线中的故障行波　67

3.1.1　故障行波的产生　67

3.1.2　单根导体线路的波动方程　68

3.2　三相输电线路中的故障行波　69

3.2.1　相模变换　70

3.2.2　复合模量网络　72

3.3　工频下的行波现象　76

3.3.1　行波分解　76

3.3.2　工频行波的折反射现象　77

3.4　故障行波求解问题研究现状　82

3.5　不考虑参数依频*性的故障行波的暂态解　84

3.5.1　网格法求解故障行波的基本思想　84

3.5.2　故障行波源分析　85

3.5.3　不同行波源模量上的初始行波　86

3.5.4　电力网络的表示方法　91

3.5.5　行波在各节点处的折反射　92

3.5.6　故障行波解析计算方法——FD法　96

3.6　考虑参数依频*性的故障行波暂态解　97

3.6.1　平行多导体线路波动方程的复频域解　97

3.6.2　依频*性下行波的拟合函数的选择　98

3.6.3　畸变系数和衰减系数的获取　100

3.7　故障稳态计算　101

3.8　故障行波暂态解的计算机实现　104

3.8.1　电力网络的表示与存储　104

3.8.2　故障后的网络变化　105

3.8.3　行波传播途径的生成方法　107

3.8.4　故障行波的计算　108

3.8.5　算例分析　108

3.9　瞬时无功理论及故障方向*征　113

3.9.1　瞬时无功理论概述　113

3.9.2　基于Hilbert变换的瞬时无功定义　116

3.9.3　Hilbert变换下的无功功率的故障方向*征　118

3.10　故障行波的故障相*征　121　

第4章　小波变换及其在故障行波分析与检测中的应用　123

4.1　基本概念　123

4.1.1　小波分析的发展史及应用概况　123

4.1.2　信号的时频局*化表示　123

4.1.3　连续小波变换　124

4.1.4　小波变换的时频局*化性能　125

4.1.5　两类重要的小波变换　126

4.1.6　信号的小波表示　127

4.2　离散小波变换　128

4.2.1　离散小波与离散小波变换　128

4.2.2　多分辨分析与尺度函数　129

4.2.3　Mallat算法　130

4.2.4　R小波的系数*点　131

4.2.5　离散小波变换的应用　133

4.3　二进小波变换及信号的奇异性检测　134

4.3.1　二进小波及二进小波变换　134

4.3.2　基于B样条的二进小波函数与尺度函数　135

4.3.3　二进小波变换的分解与重构算法　136

4.3.4　信号的小波变换模*大值表示及奇异性检测理论　137

4.3.5　利用小波变换模*大值重构原信号　137

4.3.6　二进小波变换的应用　139

4.4　故障行波的小波表示　139

4.4.1　引言　139

4.4.2　行波的故障*征　139

4.4.3　各种行波的小波变换模*大值表示　143

4.4.4　电压行波、电流行波和方向行波的比较　145　

第5章　互感器和二次电缆的故障行波传变*性　147

5.1　电流互感器模型及其动态传变*性　147

5.1.1　电流互感器的工作原理及其电磁暂态模型　147

5.1.2　电流互感器的工频传变*性　153

5.1.3　电流互感器的暂态行波传变*性　156

5.2　电压互感器模型及其动态传变*性　157

5.2.1　电压互感器的工作原理及其电磁暂态模型　157

5.2.2　电容分压式电压互感器的工频传变*性　162

5.2.3　简化模型下的电容式电压互感器的暂态行波传变*性　165

5.2.4　详细模型下的电容式电压互感器的暂态行波传变*性　171

5.3　二次电缆的故障行波传输*性　180

5.3.1　二次侧电缆集中参数模型与分布参数模型等效性分析　180

5.3.2　二次侧电缆等效建模　181

5.4　二次电流传输通道的行波传输*性　183

5.4.1　二次电流回路联合建模　183

5.4.2　二次侧回路传变*性分析　185　

第6章　输电线路纵联行波方向*护　192

6.1　波阻抗继电器　192

6.1.1　波阻抗继电器的基本原理　192

6.1.2　波阻抗继电器的算法研究　198

6.1.3　利用波阻抗继电器构成纵联方向*护　208

6.2　统*行波方向继电器　208

6.2.1　统*行波方向继电器的基本原理　208

6.2.2　统*行波方向继电器动作判据　210

6.2.3　建模与仿真　212

6.2.4　动作*性分析　216

6.2.5　基于统*行波方向继电器的输电线路纵联方向*护　229

6.3　*化电流行波方向继电器　230

6.3.1　不同频带下电压故障行波*性的**性　230

6.3.2　*化电流行波方向继电器原理与算法　240

6.3.3　*化电流行波方向继电器动作性能分析　242

6.3.4　TP-01*高速行波*护装置　260　

第7章　输电线路纵联行波差动*护　263

7.1　行波差动*护　263

7.1.1　行波差动*护基本原理　263

7.1.2　行波差动电流和行波制动电流构成　264

7.1.3　区外扰动或故障时不平衡行波差动电流分析　269

7.1.4　区内外故障时行波差动电流比较　275

7.1.5　动作判据　275

7.1.6　*护算法　277

7.1.7　建模仿真与性能评*　280

7.1.8　PT断线处理　287

7.1.9　TP-02行波差动*护装置　288

7.2　重构电流行波差动*护　289

7.2.1　重构电流行波　290

7.2.2　重构电流行波的*征分析　291

7.2.3　重构电流行波差动*护原理　297

7.2.4　重构电流行波差动*护算法　297

7.2.5　重构电流行波差动*护性能评估　301

7.3　基于小波变换模*大值的行波差动*护　310

7.3.1　利用初始行波模*大值构造行波差动*护的思想　310

7.3.2　基于小波变换模*大值的行波差动*护算法　310

7.3.3　通信量分析　311

7.3.4　影响因素分析与性能评*　311

7.4　模量行波差动*护　315

7.4.1　分布电容电流时域补偿算法及误差分析　315

7.4.2　模量行波差动*护原理　319

7.4.3　模量行波差动*护的动作*性　327

7.4.4　带并联电抗器线路　331

7.4.5　带串联电容补偿装置的线路　332

第8章　直流线路行波*护　333

8.1　直流输电系统*护与控制　333

8.1.1　直流输电系统　333

8.1.2　直流控制*护系统　333

8.2　直流输电线路故障分析　337

8.2.1　直流系统的等效电路　337

8.2.2　直流线路故障行波*征　338

8.2.3　LCC直流线路故障暂态*征　348

8.2.4　LCC直流线路故障稳态*征　350

8.2.5　VSC直流线路故障行波分析　351

8.2.6　MMC直流输电网线路短路故障电流的近似计算方法　355

8.3　直流线路单端量*高速行波*护　360

8.3.1　单端量行波*护原理　360

8.3.2　单端量行波*护实现方案　368

8.3.3　建模仿真与性能评*　369

8.3.4　Ultra-PSL3000柔性直流线路*护装置　378

8.4　基于电流变化率的单端量直流线路*护　379

8.4.1　不同故障和运行情况下线路电流变化率的*征分析　379

8.4.2　单端量电流变化率*护方案　388

8.5　直流线路纵联行波差动*护　393

8.5.1　直流线路行波差动*护原理　393

8.5.2　故障差流的时域计算方法　395

8.5.3　直流线路行波差动*护算法　398

8.5.4　建模仿真与性能评*　399

8.5.5　TP-03*高压直流线路行波差动*护装置　404　

第9章　输电线路暂态行波故障测距　406

9.1　基于小波变换的行波故障距离*征分析　406

9.1.1　行波故障测距方法　406

9.1.2　基于小波变换的行波故障距离*征分析　407

9.2　输电线路单端量行波故障测距　421

9.2.1　*征行波　421

9.2.2　利用模量方向行波作为*征行波的故障测距　422

9.2.3　利用非故障线电流和故障线电流组成方向行波作为*征行波实现故障测距　423

9.2.4　波形比较法　425

9.2.5　单端电气量行波故障测距的小波变换法　426

9.2.6　考虑二次回路暂态*性的行波波形比较法　430

9.2.7　故障点反射波判据构建　431

9.2.8　相邻母线反射波判据构建　432

9.2.9　考虑二次回路暂态*性的波形比较法流程图　432

9.3　输电线路单端量组合故障测距　433

9.3.1　问题的提出　433

9.3.2　具有鲁棒性的单端电气量阻抗故障测距方法　435

9.3.3　组合的单端故障测距方法　436

9.3.4　改进的组合故障测距算法　440

9.4　输电线路双端量行波故障测距　441

9.4.1　两端电气量行波测距原理　442

9.4.2　GPS定时原理　443

9.4.3　基于GPS技术的两端电气量行波测距性能分析　447　

9.5　利用暂态电流行波的高压输电线路故障测距实现方案　449

9.5.1　测距系统组成及主要功能　449

9.5.2　测距方案　450

9.5.3　XC-11输电线路行波故障测距装置　453

第10章　中性点非有效接地配电网单相接地选线行波*护　456

10.1　中性点非有效接地配电网故障行波分析　456

10.1.1　单相接地故障行波的物理*性　456

10.1.2　三相初始电流行波的小波分析　462

10.1.3　初始电流行波模量的小波分析　463

10.2　中性点非有效接地配电网单相接地行波选线　466

10.2.1　行波选线的基本思想　466

10.2.2　基于三相行波的接地选线方法　467

10.2.3　基于初始电流行波模量的选线方法　469

10.2.4　影响行波选线的因素分析　473

10.2.5　SL-01行波选线装置的实现　479

10.3　自适应时频窗配电线路行波选线　480

10.3.1　自适应时频窗选取方法　480

10.3.2　初始波头的标定方法　485

10.3.3　自适应时频窗的配电线路行波选线方法　485

10.4　中性点非有效接地配电网单相接地行波*护　486

10.4.1　行波方向判据　486

10.4.2　接地故障初始行波的小波表示　488

10.4.3　信号采样率与小波尺度的选择　490

10.4.4　高频噪声对行波方向判据的影响　493

10.4.5　互感器对行波信号的传变*性分析　494

10.4.6　中性点非有效接地线路单相接地*护的实现　494

第11章　行波*护测试系统　497

11.1　行波*护测试系统实现方案　497

11.1.1　功能与系统设计　497

11.1.2　行波*护测试系统的软硬件实现　500

11.2　对行波*护测试仪的测试　512

11.2.1　输出波形的幅值、频率*度测试　512

11.2.2　输出波形的同步性测试　519

11.2.3　开关输入量测试　523

11.2.4　整组试验比较　524

11.3　TP-01测试系统测试实例　526

11.3.1　双端行波故障测距装置性能测试方案　526

11.3.2　对行波方向比较式纵联*护装置的测试　532

参考文献　536

附录1　符号附录表　544

附录2　矢量恒等式　550

附录3　*端双*MMC柔性直流输电网仿真模型　551

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书籍介绍

《故障行波理论及其应用》从基本的电磁波现象入手，概括性地介绍了均匀传输线导行电磁波，然后系统性地介绍了故障行波，研究了故障行波的互感器和电缆传变特性，给出了故障行波的二进小波变换模极大值表示。在此基础上，介绍了行波方向保护、行波差动保护、直流线路行波保护，行波测距、行波选线以及暂态故障行波测试系统。