前言電力系統是將發電，轉換，輸電，配電，供電，設備和技術統一成一個整體的系統，通過一系列的轉換可以將各種一次能源轉換成電能。在金國發電廠發電后，通過各個級別的輸電網配電網以及各種傳輸線路將其輸送到用戶的家中。配電網有許多等級的電壓，一般為6-66kV，當電壓等級高于110kV時他就是輸電網絡了。正是有了輸電網絡和配電網絡，電能才可以順利進入到千家萬戶中。配電網絡一般為一個電力系統的終端，他直接和用戶的家庭相連接。接地一般與系統的中性點相關，一般接地有四種類型：經消弧線圈接地，低阻接地，高阻接地以及中性點不接地[1]。小電流接地系統在我國配電網中最為常見，電壓等級在6-66kV，我們往往采用在中性點處連接一個消弧線圈的方法接地。當一個電力系統非直接接地時，其接地的電流一般都是很小的，因此我們將其稱為中性點不接地系統。根據電力系統以往的統計來看，在我們國家的電力系統中，因為各種不定因素產生的故障大多數為單相接地故障，他在所有故障發生的總數中大約占了80%，可以說是十分常見的故障了。在一個不接地系統中如果發生單相接地故障，我們可以發現其對低電流很小無法構成通路。即使這個故障是一個永久性故障，我峨嵋你可以發現故障時三相線電壓是對稱的，大小和相位也是恒定的，并且故障相接地電壓變為零，因此他不會影響一個電力系統的正常運行。但是為了防止一個很小的單相接地故障發展成更復雜的故障類型，我們需要及時找到故障并將其清除。通過國內外各位學者專家的研究。我們發現當故障發生時，我們大多數選擇檢測故障電路的穩態信號。然而穩態信號非常弱，并且由于外部的各種因素很難進行良好的測量。此外，配電網在實際的電力系統中是十分復雜的，當我們分析一個配電網，特別是分析其故障特性時我們需要考慮很多的因素，如：系統中性點的補償程度，故障發生的位置，每一條線路的長度等等。由于情況的不同故障的發生也是多種多樣的。因此，為了避免無法檢測到良好的信號，或者判斷不了信號的類型，一般不使用中性點不接地的方式在小電流接地系統中。但是，小電流接地系統具有獨特的優勢，在國內已經有了很廣的應用。因此，迫切需要準確地找到故障線，避免因為故障造成的損失[2]。電力系統是一個十分復雜的系統，由于其危險以及不確定性我們很難直接在一個電力系統中進行各種檢測，而且也沒有合適的電力系統可以給我們使用。因此，在研究電力系統時我們常常采用的是利用仿真軟件進行仿真。用Matlab軟件中的simulink建立一個多回路的線電流接地電力系統，并且根據現實進行各種參數設置，就可以模擬一個電力系統的運行了，通過這種方法我們可以很好地完成任務[3]。目前，我國的電力發展已經初具規模，在我國電網的運行下可以給用戶提供很好的用電體驗。而為了保證用戶的用電我們需要電力系統的穩定，在一個電力系統中配電網的穩定直接會影響用戶的用電質量。在建設配電網時，又必須要考慮城市發展的規模、用電負荷規模等諸多因素。傳統配電網的建設已不能滿足其逐步發展的需要，對用戶的供電產生了很大的影響。針對這些問題，電網企業采取了一系列改進措施，對配電網進行了調整，使電網的建設能夠滿足高壓電網的發展需要，同時加大對配電網建設的投入，與用戶供電需求保持高度一致。綜合電力系統涉及的發電、輸電、配電等過程，需要與終端設備保持高度統一，采用智能控制模式，提高整個系統的應用效率。在滿足用戶用電需求的基礎上，合理的用電配置和輸電工藝才能取得較好的效果。1緒論1.1研究背景與意義在我國配電網系統中多采用小電流接地系統，接地方式多為不接地或經消弧線圈接地的方式，在這種電路中如果發生單相接地故障，由于故障的發生無法在電路中構成回路，因此他的電流很小，而且故障相的對地電壓變為0，非故障兩相的相電壓升高，線電壓沒有變化，所以對用戶的用電不構成影響，這種情況下系統可以繼續運行一段時間，可較好地提高電力系統的供電穩定性，同時也提高了對設備和人身安全的保障。在發生單相接地故障時我們會發現故障大多可以自行恢復，繼續以正常情況運行，但如果發生的故障是永久性故障時，故障就不會自動恢復了，這種情況下去過長時間運行就可能使電路故障擴大，為了避免造成跟嚴重的故障，引起大范圍的停電或經濟損失，就需要我們及時將問題找到并清除，因此對小電流接地系統的仿真分析就變得異常關鍵了。然而由于在小電流接地系統中很難檢測到有特點的量，所以如何找到故障點就變得十分困難了，因此這也是電力系統中一個十分有意義的研究課題[4-5]。1.2國內外研究現狀為了減少單相接地故障對電力系統的危害，自從電力系統出現以來，各國的研究人員就對其進行了大量的研究。第一次世界大戰期間，中性點經消弧線圈接地的方式第一次被提出，當時在我國的電力系統中都是采用這種方式，我國的電網電壓為35-220千伏，220千伏電網事故多發。通過一段時間的驗證我們最后就不再使用經消弧線圈接地的方式。在20世紀20年代中期至40年代中期，美國22-70千伏電網中性點直接接地比例高達72%，逐步取代了中性點不接地的運行方式。英國66kV電網采用中性點經電阻接地方式，33kV及以下架空線路配電網逐步由中性點直接接地方式轉變為中性點經消弧線圈接地方式；意大利、加拿大、瑞典、日本和美國等國在中壓電網升壓運行時，大多采用電網中性點直接接地方式[6-7]。1.3課題研究的主要內容從新中國成立之初到上世紀80年代，中國逐漸取消其他電壓等級而逐步利用10kV代替。由于中國的電纜是從國外進口，因此無法直接在我們自己的電力系統中使用，在大量測試后采用了低阻接地方式；從1987年起，廣州建成了一系列的變電所，在當時的10kV電網系統中采用低阻接地系統。隨后，在我國大范圍的改建之后全國各地的各個等級的電力系統都開始采用低阻接地的方式[8]。20世紀90年代，我國對過電壓保護設計規范（SDJ-79）進行了修訂。在新規范中，當3-10kV配電網單相接地電容電流大于10A時，中性點需經消弧線圈接地。近年來隨著我們對外國的各種設備的進口加大，使用哪種接地方式又出現了較大的爭議，由于各個國家接地方式不同我們無法直接在中國照搬。因此，關于接地的方式出現了較大的爭議。在一些大城市中已經做出了許多的改變，利用低阻接地以來消除電弧接地過電壓，也有的改為高阻接地方式，利用高阻消除諧振接地過電壓的危險。但是在電力系統研究圈中大部分人認為應該利用經消弧線圈接地，可以利用消弧線圈補充容性電流，使故障發生時故障的電流較小，電壓恢復變慢，避免故障發生時發生的跳閘。為了驗證各種猜想便有了本課題的研究[9]。1.4本論文主要內容介紹本篇論文第一章引入論題，通過研究分析現在生活中電力系統的情況和國內外研究水平提出本文論述的中心。第二章通過理論知識的論述在整體上介紹了電力系統的接地方式和各種方式下的穩態暫態特性，為自己的研究提供理論依據。第三章介紹所用的仿真軟件，并詳細說明了建立的電力系統模型，并在自己設定的故障狀態下對系統進行了詳細的分析。第四章由兩種接地系統的各種特性引出選線分析的問題，并引入小波分析的方法，先從論文上提供一個依據，之后利用理論依據結合仿真分析結果進行選線分析。1.5本章總結本章在整體上介紹了中國電力系統的概況，闡述了本論文的由來，以及各國的研究現狀，并整體介紹論文內容。2小電流接地系統介紹2.1電力系統各種接地方式電力系統的中性點一般指發電機和變壓器的三相連接星形的中心點。電力系統的接地是多種多樣的，有接地的有不接地的，在接地中，也有許多種不同的接地方式，比如直接接地，低阻接地，高阻接地，經消弧線圈接地。有關應該如何接地一般被稱為電力系統的接地問題。根據電流大小電力系統的接地可分為兩種。大電流接地方式：中性點直接接地中性點經低電阻接地。小電流接地方式：中性點不接地、中性點經消弧線圈接地和中性點經高電阻接地。采用大電流接地方式的稱為大電流接地系統，而采用小電流接地方式的系統稱為小電流接地系統[10]。2.2小電流接地系統兩種接地方式介紹2.2.1電力系統常見接地方式簡介在一個電力系統中如果電力系統的中性點不接地、經消弧線圈接地、經電阻接地，我們將其稱作中性點非直接接地系統，即小電流接地系統。在小電流接地系統中發生單相接地時，由于故障點的電流很小，無法構成回路，而且三相之間的線電壓仍然不變，對用戶的用電沒有影響，因此在這種情況下可以繼續運行一段時間，在此期間，其他兩相的對地電壓要升高倍，為了防止故障進一步發展成更嚴重的事故，就應及時發出信號，以便工作人員可以迅速找到故障位置，采取措施對故障進行清除。這也是采用中性點非直接接地運行的主要優點。在發生故障時，需要及時發出信號并指示檢修人員快速找到故障位置即可，不需要自行跳閘，但是如果發生的故障對人或者設備造成損傷危險時，就需要其快速斷電以保護人員安全了，能完成這種功能的裝置就是接地選線裝置。2.2.2中性點不接地方式的介紹中性點不接地也就是中性點對地絕緣，這種系統具有結構簡單，易操作，不用增加其他設備，經濟便捷的特點，在農村供電系統中應用廣泛。在這種情況下由于對地絕緣，電流較小不會構成回路，因此電弧可以自動熄滅，同時故障相的對地電壓直接降到0，其余兩相的電壓升高到線電壓，從而不會破壞系統的穩定性。故障時可繼續運行1～2小時，這大大提高了供電系統的可靠性。但如果發生了永久性故障則不可以一直運行下去，長時間運行會使事故點擴大。中性點不接地系統網絡如圖2-1所示。圖2-1最簡單網絡接線示意圖圖2-1所示的為中性點不接地的一個簡單系統。在正常情況下，三相對地的電容應該是相同的，均為C，在相電壓的作用下，每一項的電容電流都是超前電壓90°的，并且流入大地，這三個電流的和為0。如果在某時刻發生A相單相接地，在接地點處A相對地電壓變為零，同時這個對地電容被短路，而其他兩相的對地升高倍，因此對地的電流也會增大倍，相量關系如圖2-2所示。圖2-2A相接地時的向量圖在故障發生時三相電壓和單相電流的不發生變化所以我們不對其進行分析。在A相發生接地故障時，當我們不考慮負荷電流和電容電流在線路中產生的影響，在故障時各相對地電壓可表示為: （2.1） 故障點k的零序電壓為: （2.2）同時在故障處由于非故障相造成的電流為: （2.3）其有效值為，其中為相電壓的有效值。由于在故障發生時故障處的A相電壓為零，所以其電流也為零，此時故障處的電流為BC兩相在故障處產生的電流，表示為。由圖2-2可見，其有效值為，他的值是正常時單相電流的倍。當一個電力系統不是單一的線路時我們可以發現在這個電力系統中的每一個發電機以及線路就有對地電容，以等集中電容來表示，當線路Ⅰ中的A相接地后，其電容電流的分布用“→”表示。而在沒有發生故障的線路Ⅱ上，A相電流為零，B相和C相的電容電流時自己的，這樣我們可以得到電路的零序電流為: （2.4）參照圖2-2所示的關系，其有效值為： （2.5）當電網中的線路很多時，上述結論可適用于每一條非故障的線路。圖2-3 單相接地時，用三相系統表示的帶內容電流分布在一個電力系統中，我們可以發現在線路中BC兩相的對地電容電流為和，同時這個電源還產生其它的電流，因此，因此在故障相故障點處的電流時所有電流的和，之后在B相和C相流入對地電容中，此時從發電機出線端產生的零序電流還是應為三相電流之和。由圖2-3可見，線路中的電流通過A相流入后會在通過B相和C相流出，有入有出的時候可以發現其可以互相抵消，而只剩下發電機本身的電容電流，故: （2.6）其有效值，所以發電機自身的電流也就是零序電流。再來看故障線路I，在B相和C相上，有他們自生的電容電流和，在接地點要流回的電流時這兩項所有的電流，其值為： （2.7）有效值為： （2.8）式中為全系統每相對地電容的總和。A相上會有電流流回，因此，從A相流出的電流可表示為這樣在線路I始端所流過的零序電流則為： （2.9）其有效值為： （2.10）故障線路的特點是:故障線路中的零序電流，其數值等于全系統非故障元件對地電容電流之總和。圖2-4單相接地時的零序等效網絡及向量圖（a）等效網絡;（b）向量圖圖2-4所示，所處單相接地時的零序電流網絡，在接地點有一個零序電壓，零序電流的產生是由于每一條線路都有對地電容，而在輸電線路中零序電阻遠小于電容，這和直接接地系統是有很大的區別。利用圖2-4所示的零序等效網絡，可以很方便的計算出零序電流的大小和分布。總結以上分析的結果，可以得出中性點不接地系統發生單相接地后零序分量分布的特點如下:1）零序網絡由同級電壓網絡中元件對地的等值電容構成通路，與中性點直接接地系統由接地的中性點構成通路有極大的不同，網絡的零序阻抗很大。2）在電力系統中。無論何種接地方式，當發生單相接地故障時，就會在故障發生出產生一個電壓，這個電壓大小與故障前一樣，但方向相反，因此線路就會產生一個零序電壓。3）在電路發生故障的地方，會形成一個零序電流，這個零序電流時所有線路的對地電容電流的和，而且其方向也可以知道，為從線路向母線流[11]。2.2.3中性點經消弧線圈接地方式介紹通過一個消弧線圈將電力系統的中性點和大地連接起來的方式為經消弧線圈接地的方式。在電力系統以不接地方式運行時如果其發生單相接地故障，那么接地點處的電流為整個系統對地電流之和，如果這個電流很大，就可能在空氣中形成一個電弧，當電弧擊穿空氣時形成弧光電壓，這個電壓可能會使故障相對地電壓持續升高，如果這個電壓過高就有可能造成線路發生更大的故障。更重要的是，如果空氣中混入了可燃氣體還可能被弧光點燃，發生爆炸。如圖2-5，我們利用加一個消弧線圈的方式來解決這個問題，當線路發生單項故障時產生的容性電流可以被消弧線圈產生的感性電流所抵消，這樣就可以防止產生弧光電流以及弧光電壓。因此，稱它為消弧線圈。圖2-5消弧線圈接地電網中單相接地時電流分布（a）用三相系統表示;（b）零序等效網絡電力系統經消弧線圈接地的系統被稱作諧振接地系統，消弧線圈在發生單相故障的電路中會產生感性電流，這個電流可以與系統的對地容性電流抵消，這樣就會使故障點的電流變得十分小，而且通過這個原理變小的電流就十分容易被消除，從而減少危險。當線路通過消弧線圈接地時，當線路中電流被抵消之后百年的很小，經過消弧之后電壓會緩慢恢復，由于消弧線圈的作用電壓恢復的速度變得緩慢，時間延長，可以有效避免接地電弧再次重燃而達到完全滅弧的效果。由此我們可以發現相比與中性點不接地系統來說中性點經消弧線圈接地的系統有更好的穩定性。通過查找資料我們可以得到以下結論:在3~6kV電網中電流超過30A要設置消弧線圈，在10kV電網中電流超過20A要設置消弧線圈，在35~66kV電網中電流超過10A要設置消弧線圈。（1）單相接地的穩態特點在系統未經消弧線圈接地時，其發生單相接地故障時的電流也會發生重大變化。如圖2-5所示，圖中就是一個經消弧線圈接地的系統，假設在發生圖中所示的故障，我們會發現這個時候的電容電流沒有發生變化，但是我們同時也發現了在現在的圖中多了一點電流，這就是消弧線圈的電流，因此這種情況下的總電流為： （2.11）全系統的對地電容電流為消弧線圈的電流如果我們用表示他的電容，則由于和的正好為兩個方向相反的電流，因此會因為消弧線圈產生的電流而減小。如圖2-5所示，為其零序電流圖。根據消弧線圈產生的電流對容性電流的抵消效果來看，我們可以將消弧線圈的補償分為三種：1）完全補償。完全補償就是指消弧線圈產生的電流可以完全抵消線路的對地容性電流。從電流安全以及經濟的效果來看我們發現這是一種最好的方式，但是在實際生活這種方式還存在許多問題，因為這個時候電路可能因為這個發生諧振對電路造成影響。因此在電路中如果發生電壓偏移就有可能造成諧振，產生一個諧振高電壓對系統是不利的，根據電路所學的戴維南定理，當L斷開時我們可以計算如下: （2.12）式中分別為三相電源電動勢;分別為三相對地電容。如圖2-6所示，在這種情況下會產生一個很大的零序電壓并且實在電容和電感之間。在這種情況下就可能會形成很大的電壓差，這在我們電力系統中是不被允許出現的，所以這種方式一般不被采用。圖2-6、產生串聯諧振的零序等效網絡2）欠補償。欠補償就是指消弧線圈產生的電流無法完全抵消線路的對地容性電流，在這種情況下依舊無法解決容易出現諧振的問題，因為在這種情況下如果電容電流減小就可能變成完全補償，因此在實際生活中也不是被采用的方法。3）過補償。欠補償就是指消弧線圈產生的電流無法完全抵消線路的對地容性電流后還有剩余電流，此時電流為感性。這種方法不會發生諧振問題，所以常被使用，的多少常用P來表示，其關系為: （2.13）一般選擇過補償度P=5%~10%，而不大于10%。通過以上分析我們可以得知:當我們采用過補償方式時流經短路點的電流使消弧線圈的電流和對地容性電流的和，由于方向不同所以為抵消效果，而在這種情況下的故障電流的方向與正常時的一樣所以我們無法通過電流的方向來判斷故障發生的位置。（2）單相接地過渡過程的特點上面我們進行了一系列有關電路穩態情況下的分析，但是在穩態情況下我們發現測量值都是十分小的，很難辨別出來到底故障發生在哪里。而且無法利用電流方向和功率方向判斷故障。當故障發生時我們無法從穩態情況下得到明顯狀況，因此有人提出利用暫態狀態進行分析，由于在暫態情況下其電容電流的暫態分量會變得非常大，因此對暫態的分析成為了當今研究的熱點，由于本文以穩態分析為主，因此不做過多的論述。2.3兩種接地方式的比較表2-1兩種接地系統的比較系統類型中性點不接地系統中性點經消弧線圈接地系統接地電流大大觸電危險性大小單相電弧接地過電壓最高較高單相接地保護較難難對通信的影響小小鐵磁諧振過電壓高高操作過電壓最高高保護接地的安全性電流大時危險較為安全通過兩種不同接地系統進行分析之后我們可以得到：在中性點不接地系統中具有較高供電可靠應，但同時對絕緣的要求也是非常的高，而且對人身安全可能造成較大的損傷；與之相比在中性點經消弧線圈接地系統中利用消弧線圈進行滅弧具有較好的安全性，相對安全。2.4本章總結本章簡單介紹了兩種接地系統，并且結合簡單模型對兩種模型進行特性分析，并且對各個模型進行分析得到各種電流圖，結合相關公式進行推導，最后對兩種接地系統進行對比分析。3小電流接地系統MATLAB建模與分析3.1MATLAB在電力系統中的應用目前在電力系統分析中比較常見的仿真軟件主要以PSASP和Matlab，PSASP主要應用于對暫態過程的分析，Matlab功能相對來說更加全面，而且我們這一次的仿真以穩態分析為主，因此我們利用Matlab進行分析更好。在Matlab中我們利用simulink可以建立仿真模型，通過設置各個參數可以模仿生活中的電力系統，同時通過示波器和變成可以得到我們所以要的各種參數。1984年，美國MathWorks軟件公司對市場進行分析之后開發出Matlab，Matlab在經過了許多年的改變現在已經變成了十分全面的一款軟件，經過不斷地改進他現在可以進行數值處理、圖像處理、文字處理、信號處理、符號處理等在仿真的方面也設計成了好用的動態分析仿真，更貼近日常的生活，至今應盡成為理工科必學必會的一款軟件。Simulink為Matlab的一個十分重要的功能主要用于動態系統的仿真，里面的元件庫幾乎涉及了現在社會上所有的系統，因此是一個功能強大的模塊，而且可以和Matlab進行數據交互方便我們處理數據與分析數據[13]。3.2小電流系統模型構建3.2.1系統原件介紹表3-2元件介紹對照表[14-16]元件名稱元件介紹三項電壓源三相電壓源是電路設計中最常用的電路組件，位于電源庫中。可以輸出我們需要的電壓。輸電線原件傳輸線路組件位于線路組件庫中。電力系統仿真中使用的傳輸線可以根據實際情況改變線路參數，以滿足電路要求。三相負荷元件三相負載組件位于線路組件庫中，可以將實際生活中的電路負載表示出來。三相電路短路故障發生元件三相電路短路故障組件位于電路組件庫中。通過參數的設置可以對電路設置各種我們需要的故障類型。電路測量元件三相電壓和電流測量組件位于電路測量儀器組件庫中。用于測量在一個電路重的電壓與電流信號，并將其進行轉化，類似互感器的作用。萬用表萬用表組件位于電路測量儀器組件庫中。可以測量電路中的任意位置電壓電流等數據。3.2.2中性點不接地系統的仿真及計算如圖3-1，我們通過Simulink利用上面的這些元件建立一個10kV的電力系統。圖3-1中性點不接地系統仿真模型如圖3-2所示，在我們建立的模型中，電源采用“Three-phasesource”電壓源模型，輸出電壓為10.5kV，其內部連接設置為Y形，圖3-2三相電壓源參數設置如圖3-3所示，我們設置的電力系統中共有四條線路，每一條都是10.5kV,在仿真時采用"Three-phasePISectionLine"線路模型:線路的長度我們設置為130km、175km、1km、150km四個長度，其它參數不變。圖3-3輸電線路參數設置在我們實際生活中，1010kV配電網系統的單回傳輸容量大多為0.2-2MVA，而且長度不易過程，在這里我們為了讓實驗結果更加的明顯我們適當的增大了他的長度。如圖3-4所示，本仿真中的三條線路均采用"Three-phaseSeriesRLCLoad"電路模型，其有功負荷分別設置為1MW、0.2MW、2MW，其它參數相同。圖3-4線路負荷參數設置如圖3-5所示，我們在電力系統中需要設置一個故障，我們將這個故障設置為單相接地故障，接地相為A相，故障發生在0.04s且整個過程中故障不清除，故障發生的位置在line3出段1km處。圖3-5故障模塊參數設如圖3-6所示，在電力系統中的各個線路始端設置此模塊，此“三相V-I測量模塊”可以將測量到的電信號轉化成我們需要的信號，以便分析處理，等效于電壓和電流互感器。圖3-6三相電壓電流測量模塊參數設置根據以上的數據設置可以進行簡單計算求解短路時的零序電流有效值為： （3.1）同理可得接地點的電流為3.2.3中性點經消弧線圈接地系統的仿真及計算如圖3-7，我們在已經建立好的電力系統的基礎上，將電力系統的電源中性點通過消弧線圈接地，其它參數不變，即為經消弧線圈接地系統的仿真模型。圖3-7中性點經消弧線圈接地系統的仿真模型為了使電路可以滿足全補償，需要滿足： （3.2）式中，為消弧線圈電感，為系統三相對地電容總和。根據我們設置的線路參數，可求得：因此我們可以計算出以下結果：由上面的分析我們可以發現想要避免諧振對電路的影響我們需要采用過補償的方式設置消弧線圈的大小，這里我們設置過補償的P=10%，通過計算我們可以得到消弧線圈的大小為：L=0.8697H。如圖3-8所示，通過上面的說明，我們可以設置消弧線圈的參數。圖3-8消弧線圈參數設置3.3仿真結果與分析我們對設置的電力系統進行仿真，設置離散型算法，仿真整體時間為0.2秒，設置采樣0.0001秒，利用Powergui模塊完成要求。在line3出口1km處設置A相接地故障，故障發生時間是0.04秒，假設繼電保護裝置不清除故障。3.3.1中性點不接地系統的仿其結果與分析運行中性點不接地故障并且測量各個參數可以得到以下分析結果圖3-9AB線電壓波形圖圖3-10BC線電壓波形圖圖3-11CA線電壓波形圖首先我們測量故障線路AB、BC、CA相的線電壓如圖3-9、圖3-10、圖3-11所示；通過三個波形圖我們可以發現在發生故障時線電壓沒有明顯變化。所以我們可以得到結論，單相短路不會使線電壓發生變化圖3-12A相電壓波形圖圖3-13B相電壓波形圖圖3-14C相電壓波形圖我們又對故障線路的A、B、C三相相電壓進行的檢測分析，結果如圖3-12、圖3-13、圖3-14所示。通過三相電壓的波形圖我們可以看到在0.04s發生A相接地故障后，A相對地電壓變為零，B、C兩相對地電壓升高為之前的倍。由此我們可以得到相電壓會發生變化，并且通過變化的大小就可以判斷故障發生的地方。圖3-15零序電壓波形圖電流（A）電流（A）圖3-16Line3零序電流電流（A）電流（A）圖3-17Line2零序電流電流（A）電流（A）圖3-18Line1零序電流電流（A）電流（A）圖3-19接地點電流通過觀察波形圖我們可以得到三條輸電線路電流和對地電流：以這個數據與理論值進行比較我們可以發現誤差在3%以內。根據中性點不接地仿真結果的波形圖，可以看出，在系統發生單相接地故障之前，線路中沒有零序電壓和電流，零序電壓和電流僅在故障發生后存在。零序電壓是故障之前的相電壓。發生故障后，相對于接地電壓的故障為零，相對于接地電壓的無故障上升至線電壓。線路越長，對地電容越大，電容電抗越小，并且接地電流越大，從而導致非故障相的零序電流的幅度隨線路長度的增加而增加。故障電路的零序電流等于非故障組件接地的總電容電流。3.3.2中性點經消弧線圈接地系統的仿真結果與分析在不改變任何參數的情況下對中性點經消弧線圈接地系統進行仿真分析，設置一樣的仿真時間、采樣時間和故障。對經消弧線圈接地系統仿真模型仿真之后，對其電壓數據采集之后與中性點直接接地的數據對比我們發現其沒有明顯區別，線電壓不變，故障相電壓變為0，而其他兩相電壓增大，而零序電壓我們通過對比也發現沒有變化，在未發生故障時，零序電壓沒有，故障發生后會出現正弦波樣式的零序電壓。電流（A）電流（A）圖3-20Line3零序電流電流（A）電流（A）圖3-21Line2零序電流電流（A）圖3-22Line1零序電流電流（A）電流（A）電流（A）圖3-23經過消弧線圈的電流電流（A）電流（A）圖3-24接地點電流從上述波形可以看出，在消弧線圈接地系統中發生單相接地故障后，由于消弧線圈的電感電流補償了電網的接地電容電流，因此故障點處的接地電流大大減少了。無故障線路的零序電流仍然是其容性電流。零序電流比零序電壓超前90°。電容性電流的實際方向是線路的母線，與中性點不接地系統相同。但是，故障線路的零序電流大于其電容電流，并且電容電流的實際方向是從總線到線路。在這種情況下，不能通過電流的方向來判斷故障線，并且難以通過零序電流來找到故障線。通過消弧線圈系統的接地電流波形圖，將中性點不接地系統的接地電流波形圖與中性點進行比較，可以直接看出，不加消弧線圈，安裝消弧線圈后，故障點接地電流恢復并穩定在30A左右。由于消弧線圈的補償作用，在接地電流穩定后，故障點接地電流下降到約5A，這降低了故障點處電弧重新點火的可能性，并減小了電弧接地的值和接地值過電壓。持續時間，從而減少對設備的損壞并確保電源的可靠性。3.4本章總結本章介紹了matlab的簡單應用和simulink在電力系統仿真中的作用，通過建立兩種模型，先介紹用到的元器件以及參數設置，其次通過仿真對兩種接地系統的各個參數進行提取分析，得到一系列結論。4基于小波分析的接地故障選線分析4.1小波分析基本理論目前，小波變換方法在信號處理領域得到了廣泛的應用。它的窗口形狀更靈活。時間窗和平板鋁窗都是不固定的，但可以根據具體需要進行調整。小波變換公式： (4.1)將其變換成頻率域得到： (4.2)小波是一種特殊的波形，其函數值在一定長度內不等于零。下面將介紹基本小波的內容。假定，將其進行傅立葉變化可得，可得到如下公式： (4.3)此時，可以被稱為基本小波或小波生成函數。如果繼續縮放，就可以得到函數，其公式如下圖所示: (4.4)是小波函數的基函數。(1)連續小波函數假設存在一個函數，選擇一個小波母函數展開，得到連續小波變換公式。具體如下所示: (4.5)利用連續小波變換我們一樣可以構造出,重構公式我們可以表示成如下的形式: (4.6)由上式可知，小波變換包含整數運算，是小波變換的結果，即小波變換系數，在形式上與傅里葉變換相似。但本質上確是不同的。在傅里葉基函數中只有頻率ω的因子，它通過正向變換過程轉化成一個頻域摘要。小波函數卻于此不同。他有T因子和A因子兩個可變因素，其中變量A因子與尺度擴展有關，變量T因子與水平運動有關。因此，通過小波變換將時域函數映射到時頻平面，便于更好地分析信號的細節。(2)離散小波變換小波變換系數時通過對原始信號進行小波變換獲得，但是這個過程并不是完美的，他往往會產生許多無用的信息，為了避免這樣的信號我們在生活中需要采取方法將其去除。這種將無用信息去除只保留有用信息的方法我們稱之為離散小波，其公式表示為: (4.7)離散小波的系數如下： (4.8)重構的公式如下： (4.9)已知、這時候如果我們進行小波變換計算，具體公式如下： (4.10)所以我們發現時間軸平移的式子我們可以表示為： (4.11)4.2小波分析在小電流接地系統故障選線中的應用4.2.1小波分析選線判據分析當我們分析一個信號是我們首先要考慮的就是他突變的量，因為突變的量比較明顯是重點應該注意的信號。當一個電路發生故障時，我們為了得到更多的信息應該關注他的突變量，這些量可以給我們提供更多信息。針對本問題當電力系統發生單相接地故障時，我們會發現在發生故障時會產生一個變化很明顯的值，這個值也就是我們需要考慮和采集的。這個時候電路的信號往往是緩慢變化的因此我們可以對其進行分析，通常我們將這個信號稱為信號的奇異性。如果我們獲取的信號時不連續的，那么我們將他進行多次求導之后會發現她還是不連續的這種信號就是奇點。根據這個原理我們可以將電路中得到的信號進行分類，判斷他是不是奇點信號。當我們獲取到這些信號之后我們可以對其進行分析，通過研究這些信號對典故的故障進行判斷，一般不同的信號會對應不同的故障。我們將采集到的信號進行小波分析之后會發現我們可以更好的找到他奇異性的頻域范圍，這樣子更容易我們分析故障的情況與信號的對應。奇異函數就是指這個函數在某處不連續，或者這個函數當我們進行多次求導之后得到的函數依舊不是連續的，這是我們一般通過Lipschitza來對信號進行分析判斷他的奇異性，因此當我們在故障信號的檢測中，我們可以通過Lipschitza對所取得的信號進行處理，具體的處理方式如下:這里我們設n為一個整數切不小于0，設置一個參數a，且滿足條件，在設置一個代編兩個常數的值A，表示n次多項式函數。另外已知，并且存在滿足如下公式: （4.17）此時認為函數在點是Lipschitza。當全部xo∈(a,b)都滿足上式并且h∈(a,b)時，f(x)在(a,b)的Lipschitza具有一致性。函數的奇異性我們可以利用Lipschitza來進行描述，當我們設置不同的a的值的時候我們得到的結果函數也是完全不同的。當我們判斷一個函數的奇異性時我們利用Lipschitza來判斷。并通過不同的小波函數分析尺度我們可以得到不同的小波分析函數。通過上面的分析我們可以知道，在我們收集到的信號中，突變發生的位置進行小波分析后會變成小波函數的極大值點。通過這個特點我們可以發現當我們判斷一個電力系統的故障時我們只需要提取他的各種有突變量的信號，當我們利用這些信號進行小波函數分析時我們就可以得到具有奇異性的信號，通過這些更明顯的信號我們可以得到很多的分析數據，從而判斷出故障的位置等信息。4.2.2小波分析選線過程分析上面我們對小波分析的原來進行了詳細的介紹，并且簡單介紹了其在電力系統中的應用以及我們經常用到的奇異性的判斷方法，具有十分廣闊的前景和研究價值。在本文我們建立的系統中我們發現可以通過其他的各種電力系統短路特性差異進行一些簡單的判斷，對于一些我們無法判斷的問題時，我們需要用到小波分析的奇異性來得到更多的信息，此時，我們需要獲取接地故障電路的暫態變量并將其進行小波分解，得到小波函數圖，通過小波分析我們可以得到判斷一個電力系統往往有下面三個步驟：首先，利用小波分析出來的波形圖，通過產生最大波動處的時間可以得到故障發生的時間。其次如果發現一條線路的暫態零序電流方向與另一條線路的電流方向相反，且相應的模極大值最大，則可以判斷該線路為接地相；然后根據前兩個判斷的依據我們就可以綜合分析出故障發生的線路了。4.3接地故障選線分析仿真與分析4.3.1基于小波分析的故障判斷當故障發生之后可以我們需要對故障的以下參數進行判斷以便我們可以快速的找到線路發生的問題以及提出解決方案，1故障發生的時間、2故障的接地相、3故障發生的位置。為了解決選線問題結合第三章的短路特性分析以及小波分析原理我們可以進行以下判斷：我們通過對短路發生時各個線路發生故障時的零序電流小波分析，如圖4-1所示；圖4-1各線路小波分析圖通過對圖的分析可以發現在0.04s時小波分析出現最大波動分量，這與我們仿真設計的設定0.04秒發生故障相吻合，所以可以正確得到故障發生的時間；通過觀察三個零序電流的大小我們可以發現發生故障處的線路具有最大的小波分析波動值而且我們可以發現在波動最大處發生故障線路的方向和其他的兩個線路方向相反，以此可以判斷出故障發生處的位置，但僅僅通過零序電流還無法判斷具體哪一相發生的故障。4.3.2基于電路短路性質的接地故障判斷根據第三章對兩種接地系統故障的分析可以以此為依據進行故障的判斷，由于相電壓和個線路零序電流有較大區別，因此將相電壓以及各線路零序電流的比較做出，如下圖所示。圖4-2相電壓比較波形圖圖4-3各線路零序電流比較波形圖我們可以利用simulink獲得相電壓比較波形圖以及各線路零序電流比較波形圖，如圖4-2、圖4-3所示。根據上面兩幅圖我們可以進行分析如下。首先應該判斷故障發生的時間，通過相電壓比較圖可以發現A相電壓在0.04s時變為0，而另外兩相則增大了，由此我們可以通過發生故障時的相電壓比較判斷出故障發生的時間，同時我們還可以通過觀察發現規律得知發生短路相電壓變為0，這也幫助我們很好的判斷故障短路發生在哪一相上；下面我們要判斷故障發生在哪一個線路，因此我們可以通過各線路零序電流來比較判斷，通過圖像我們發現發生故障之前各線路的零序電流均為零，發生故障時零序電流開始出現波動通過幅值以及方向我們可以發現，在發生故障線路的零序電流具有最大的波動值，而且在方向上也與其他兩個線路的零序電流方向不同，與實際相符合。5結論和展望5.1主要研究結論隨著我國經濟科技的發展我們國家對于電力系統的要求已經變得越來越高，在我國各種輸電網配電網也都是快速發展，網絡越來越大，伴隨著的就是網絡的結構也是變得越來越復雜，針對在電力系統中最常發生的單相接地故障，我們需要對其進行分析，由于無法利用實際的電力系統，因此我們采用Matlab進行仿真，在中性點不接地系統中我們通過仿真可以很好的得到他零序電流，零序電壓等的變化圖。當電力系統屬于中性點不接地系統時，我們會發現如果其發生單相接地故障后，因為他的中性點與大地時不連接的，所以不會產生短路電流，也不會形成回路，故障出的電流還是正向的，而且在這種情況下，電力系統的電壓是保持不變或對稱的，不會在短時間自動消除，因此它具有很好的供電可靠性，但是這個時候的故障如果不能及時清除就可能會造成嚴重的事故。上面我們是按照理論的完美情況進行分析的，但是在實際生活中確不是完美情況，當故障發生時由于有電路對滴電容的存在，因此在故障點和導體電容之間可能會形成一個回路，這個時候就可能會產生弧光電流，弧光電流一般很大，而且容易產生敢問損壞電氣設備，而且還可能會電容空氣中的可燃氣體成分造成更大的故障，為了防止這種情況的發生，我們一般會利用斷路器將電弧過大的接地短路故障進行切除。當電力系統屬于經消弧線圈接地時，在這種情況下如果電路發生單相接地故障時，中性點和地面的電壓一樣，此時不會有電流從中性點流入消弧線圈，此時感應電流會通過消弧線圈向故障點處流動，這個電流會減少接地點因故障產生的對地電容電流，從而減小電弧電流的大小，降低電弧電流的危害。在經歷了幾次短路之后，提出了故障情況下的選線問題。之后，通過分析多次的實驗數據我們可以得到電路在故障時的各種數據差異，通過分析可以得到：故障發生后線路的暫態值比穩態值大。在此基礎上，利用有用的信息值可以設計出故障線的選擇方法，并可以得到更準確的判斷結果。首先對小波理論進行了詳細的介紹，包括其原理、使用方法以及運用過程等，然后通過小波分析以及小波分析函數與原函數的極值對應問題我惡魔你可以對其奇異性進行檢測，這種方法具有較高的適用性，能夠通過利用暫態零序電流在選線頻帶中的小波模變換系數的幅值以及極性特征對故障線路進行識別，