小波理論在電力系統微機保護中的應用研究

2017-04-12 10:39:29 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　小波分析作為一種新型的時頻分析工具，它給信號加上了一個時頻可變的窗口，其變化的形式是根據頻率自動調節窗口大小，以確保捕捉到信號中希望得到的有用成份。小波分析在時域、頻域同時具有良好的

核心提示：　　小波分析作為一種新型的時頻分析工具，它給信號加上了一個時頻可變的窗口，其變化的形式是根據頻率自動調節窗口大小，以確保捕捉到信號中希望得到的有用成份。小波分析在時域、頻域同時具有良好的局部化性質，使

　　小波分析作為一種新型的時頻分析工具，它給信號加上了一個時頻可變的窗口，其變化的形式是根據頻率自動調節窗口大小，以確保捕捉到信號中希望得到的有用成份。小波分析在時域、頻域同時具有良好的局部化性質，使得它比傅立葉分析及短時傅立葉分析更為精確可靠，并使得具有奇異性、瞬時性的故障信號檢測也變得更加準確。

　　小波理論在電力系統中應用的一個突出的領域就是微機保護中的應用。這主要是因為微機保護集成了數字濾波、快速算法、以及故障檢測與診斷等各個方面。因此，小波理論在電力系統中的應用研究，在微機保護中得到了最充分最完美的體現。

　　正因為如此，基于小波理論的電力系統微機保護的研究文章也相對多一些。

　　小波變換有對故障信號奇異性進行檢測的能力，這對提高輕微故障時的保護起動能力和靈敏度，是極為有利的。此外，小波變換能有效地克服微機保護的傅立葉算法中所出現的衰減直流分量、噪聲、頻率波動和非整數次諧波的影響，并能充分利用信號的暫態信息，以提高保護的靈敏度等。

　　2小波理論在電力系統微機保護中的應用研究現狀近幾年來，小波理論在電力系統微機保護領域中的應用研究特點，是理論與應用同時進行。在理論方面，主要是尋求最優小波函數與快速算法；在應用方面，則集中在電力系統故障信號分析與處理上，包括突變信號的檢測和故障診斷。

　　種可能性，構造了基于小波變換的高通和帶通濾波器，并應用于發電機定子不對稱故障保護和單相接地保護，取得了一定的效果。

　　基本原理是計算模量初試電流行波在小波變換下的模極大值，根據三個模量的特征選擇故障相。該選相元件克服了傳統的選相元件缺陷，充分利用了電流行波中的模故障分量特征，從而使選相元件準確過對母線零序電壓和出現零序電流進行基波的小波系數提取構成選線判據，受過渡電阻影響小，能提高高阻接地保護的動作性能。11研究了小波包在自適應重合閘中的應用。另外，該文利用小波包變換檢測線路暫態電流的局部極大值，區分瞬時性和永久性故障，獲得了比傳統方法更高的分辨率，解決了自適應重合閘的難題。這也是小波變換在暫態保護中頗有前途的一個實用領域。

　　傳統的繼電保護原理是基于對工頻信號及穩態信號的分析計算，將故障產生的高頻分量當作干擾濾除。這些都是適合于處理平穩信號的實用方法。

　　小波分析應用于變壓器勵磁涌流中，能夠充分利用小波對奇異信號檢測的優點，使保護在勵磁涌流期間可靠閉鎖。由于變壓器空載合閘差動電流具有間斷特性，內部故障時電流波形是連續變化的，因而，勵磁涌流和內部故障時，差動電流的小波系數表助EMTP仿真得到的變壓器空載合閘和合閘于內部故障的差動電流信號，對其進行小波分解，由前后半波小波系數在數值和方向的對稱度，確立了變壓器差動保護的小波判據，并從理論上證明了該判據的可行性和優越性。

　　行波的小波變換能夠刻劃故障行波信號到達時刻，解決了電流行波測距由于無方向性帶來的檢測制約。利用電流行波小波變換模極大值隨尺度的傳播特性，精確定位故障暫態行波兩次到達觀測點的時刻和時間間隔，實現故障測距。文主要敘述了小波理論在電力系統微機保護中的應用，提出了基于小波變換的電力系統微機保護數字濾波器；提出了基于小波變換的電力系統微機保護故障類型的判別方法和選相方法；提出了基于小波變換的電力系統微機保護突變量啟動元件。

　　此外，15提出了故障診斷的小波檢測方法，通過計算機仿真證明了所提出的方法對建立超高壓輸電線路高速繼電保護具有重要意義。主要借助于Moilet小波變換對電力系統幾種常見的故障，如電壓幅值突然升高、電壓幅值突然降低、斷電和瞬時振蕩，進行了分析，有效地檢測到了上述幾種故障的特征。

　　3小波理論在電力系統微機保護應用中的常用算法目前，在小波理論及其應用中，常用的小波算法有：Mallat算法、濾波器組算法、小波包算法、合成算法、離散算法等。

　　現出不，同特征。文；2A運用二次中心|樣條小皮，借趾存空間較大因而減緩了運算速度Mallat算法是一種對信號從高頻到低頻逐次劃分的算法。該方法必須事先確定系統的最高頻率，并且對信號劃分完后，還要進行不斷的重構過程。

　　其優點是算法簡單每次劃分所需要的信號點數逐次減半。缺點是中間過程較多，中間結果占用的內林濤。小波分析在大型同步發電機微機繼電保護中的電保護中的軟硬件方面的問題已不隹解決r由此可blishingH應用開選學位論武漢華中工大學博士學位論濾波器組算法是一種改進的Mallat算法，它首先對信號劃分為幾個頻帶，然后對每一個頻帶再用Mallat算法從高頻到低頻逐次劃分。較Mallat算法而言，該方法減少了信號中不必要部分的分析，因而提高了計算速度、所占用的內存空間也較少。

　　小波包算法是一種有選擇性的Mallat算法，但它需要與其他準則結合起來，以確定算法的最優路徑。所選準則的不同，其算法的路徑也有不同。其優點是對信號的特征選擇更具有針對性，但算法較復雜。

　　合成算法是基于Mallat算法和小波包算法的由幾步合成為一步或兩步的算法，它把各步的分解算子合并成為一個合成算子，作用于信號。該方法具有簡單、運算速度快等特點。缺點是中間結果不明顯，且算子合成時對各分解算子的要求較高。

　　離散算法有多種離散算法。有類似于快速傅立葉變換的算法和類似于濾波器組算法，但這兩種算法每步所需的采樣點數都較多且較復雜。其優點是沒有Mallat算法和小波包算法的中間結果，也沒有合成算法中算子合成的問題。在離散算法中，應用研究之二中提出了一種非二進小波算法。該算法既簡單又快速，是一種適合于電力系統微機保護的算法。此外，合成算法在電力系統微機保護中也是值得考慮的。

　　在上述算法的基礎上，有不少還結合了其它一些計算方法，如最大模值法、遞歸法、插值法、神經網絡法等。

　　4小波理論在電力系統微機保護應用中存在的問題和應用前景小波分析盡管克服了傅立葉分析和短時傅立葉分析在某些方面的不足，但若將小波算法用于繼電保護的研究成果中，主要解決三個方面的問題：一是觀念更新：大膽推廣和應用新工具和新方法。二是硬件更替：由于小波算法所處理的不僅是傳統的平穩信號，更主要的是現代復雜電力系統的非平穩非線性信號、既突變又時時摻有噪聲的信號，因此對待分析信號所需要的采樣點數較傅立葉算法要高出幾倍甚至上十倍，這就要求現有的微機保護中的CPU等硬件需要改進，以提高運算速度，達到微機保護實時性的要求。三是軟件研制：在現行的繼電保護軟件中加小波算法的程序及其相關的軟件。目前，隨著計算機技術的飛速發展，將小波算法應用到繼見，在現代電力系統繼電保護中，以小波算法取代傅立葉算法是繼電保護發展的必然趨勢。

　　此外，對于把小波理論應用到電力系統微機保護方面，還需要在以下幾個方面作出努力：尋求適用于電力系統微機保護的最優小波母函數及其相應的小波變換。

　　尋求基于小波理論的電力系統微機保護用的實時快速算法，為小波理論在電力系統微機保護中的廣泛應用奠定基礎。

　　大力開發適用于電力系統微機保護的基于小波理論的信號分析和處理軟件。

　　大力開發基于小波理論的電力系統微機保護設備和裝置。如有關的發電機、電動機、變壓器、輸電線路等微機保護裝置。

　　目前，在電力系統領域，無論是研究小波分析的基本理論方面，還是研究基于小波分析的電力系統應用方面，都呈現出繁榮的景象。

　　可以預料，在今后的幾年中，小波理論作為一種新的工具，在電力系統微機保護中的應用研究將引起電力系統微機保護的一場新的革命。

　　5結論小波分析算法盡管所需信號的采樣點數要大于傅里葉分析算法的點數，但隨著計算機處理芯片的速度加快，其優勢越來越明顯。小波變換所具有的優良的時頻局部化特性，對電力系統以及電力設備的故障檢測與診斷，提高電力系統微機保護的可靠性、快速性、選擇性，都具有十分重要意義。此外，本文指出了現階段小波理論在電力系統微機保護應用中存在的問題，提出了小波理論在電力系統中的應用研究中的一些新的思路和應用領域。