【doc】基于小波变换原理的变压器纵差动保护研究综述及应用

【doc】基于小波变换原理的变压器纵差动保护研究综述及应用 基于小波变换原理的变压器纵差动保护研 究综述及应用 2008年第3期《贵州电力技术》(总第105期) 基于小波变换原理的变压器 纵差动保护研究综述及应用 贵州大学电气工程学院龙遇[550003] 摘要变压器纵差动保护的核心问题之一是如何区分内部故障电流与励磁涌流.综 述了励磁涌流的小波检测原 理及其现状,指出小波 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 在变压器保护中有着重要的应用前景,并给出了一个具 体的应用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 . 关键词变压器小波变换励磁涌流 1引言2励磁涌流的小波检测原理及其现状综述 变压器纵差动保护作为目前普遍使用的变压器 主保护,其核心问题之一是如何区分内部故障电流 与励磁涌流….近年来,国内外学者提出了不少鉴 别涌流的新方法,如依据磁通特性J,等值电路参 数引,负功率方向引,涌流波形,励磁阻抗等来 识别励磁涌流.这些方法需要对变压器的某些参数 做人为的假设,应用前景取决于理论上的进一步突 破.目前国内 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 变压器保护装置主要是基于间断 角原理和二次谐波制动原理J.这两种方法经 过多年的研究在理论与实践上都较为成熟,目前已 经在实际的变压器保护装置中广泛使用,但二次谐 波制动原理有其自身的局限,由于电力系统电压等 级和容量的扩大,变压器内部故障有时也会产生大 量的二次谐波,导致保护延时或拒动,而间断角原理 则对于硬件的要求较高,因此需要寻找新的方法判 别励磁涌流和内部故障. 小波分析作为一个优秀的信号处理工具,在电 力系统中有着广泛的应用前景,其中一个突出领域 就是在微机保护中的应用.小波分析有对故障信号 奇异性进行检测的能力,这对提高轻微故障时的保 护启动能力和灵敏度,是极为有利的.小波分析的 多分辨率特性能将信号分解到各子频带,可用于数 字滤波,电能质量检测等许多方面,另外小波分析能 够充分利用信号的暂态信息,可望在暂态保护领域 得到较好的应用.小波分析具有良好的时频局部化 性能,非常适合于描述信号的高频突变部分,而间断 和突变的特征正是变压器励磁涌流呈现出的最显着 的特征,因此小波分析这一数学工具的引入为变压 器励磁涌流的鉴别这一问题的解决提供了新思路, 自20世纪9O年代末以来,逐渐成为变压器保护的 研究的一个方向. . 60? 信号中的奇异点和不规则的突变部分经常带有 比较重要的信息,它是信号重要的特征,长期以来傅 立叶变换是研究函数奇异性的工具,它是研究函数 在傅立叶变换域的衰减来推断函数的奇异性及其大 小的,但傅立叶变换缺乏空间局部性,它只能够确定 一 个函数奇异性的整体性质,而难以确定奇异点的 位置及分布情况.小波变换具有空间局部化性质, 在信号突变处,其小波变换后的系数具有模极大值. 一 个突变信号在其突变点必然是奇异的,利用小波 变换来分析信号的奇异性及奇异度是比较有效的. 文献?运用二次中心B样条小波作为分析小 波,对离散信号进行二进小波分解后,将一个周期内 第二尺度上的小波系数波形的后半波前移180.,可 以直观看出,在内部故障时波形比较平滑且大多数 采样时刻总有当前时刻与半周前对应时刻的小波系 数符号相反,大小大致相等,而励磁涌流的小波系数 绝大部分时刻不满足这一点. 文献【1利用改进递归小波变换对电流波形进 行处理,并使用小波变换结果的能量值与原始电流 波形的能量值之比作为判据,仿真结果表明这一判 据能够很好地区分励磁涌流和故障电流,然而由于 文献?中所采用的小波算法计算量较大,且要求有 很高的采样率,这使得它很难在使用普通单片机所 构成的微机保护装置中得到应用. 文献?对变压器CT的二次侧电流波形进行小 波变换,选取第三尺度的小波变换的模极大值作为 所提取的特征,对比对称性涌流和短路电流的第三 尺度的小波变换,可以看出励磁涌流经小波变换其 波形中对应于间断角处的相邻两模极大值是同号 (这一现象是由励磁诵流的间断角导致的),而故障 电流恰好相反,利用这一特征来识别对称性涌流. 2008年第3期《贵州电力技术》(总第105期) 对于非对称性涌流则是对差分后的涌流波形进行小 波变换,同样得出励磁涌流经小波变换,所得的相邻 模极大值是同号,而故障电流恰好相反.对于CT 饱和的影响来说,由于采用差分使问断角有所恢复, 第三尺度的小波变换又可以滤除被差分放大的高频 分量,则原理对CT饱和具有很强的鲁棒性. 文献?考虑由于励磁涌流常常伴随着严重的 磁饱和过程,使得励磁涌流中含有较多的三次谐波 及更高次谐波分量,而与故障电流相伴的磁饱和程 度相对较低,但这种微小的差异用常规的信号处理 方法很难区分,然而,小波变换却可以将其放大,达 到区分励磁涌流和故障电流的目的. 文献?提到由于变压器内部故障的70%, 80%属于匝间故障.而发生内部匝问故障时电流变 化值一般很小,以至传统的继电器无法及时监测到 故障信号.为了及时判断变压器故障情况,通过提 取瞬时故障电流的特征来判别变压器的内部还是外 部故障.信号波形的微小差异可以在特定频谱下显 示出来. 文献?小波神经网络法是针对变压器励磁涌 流与内部故障电流的识别问题,提出了一种基于小 波神经网络的解决方案,其训练样本来源于电磁暂 态程序(EMTP)的仿真计算结果,包括变压器可能 发生的单相接地,两相短路,两相接地及三相短路故 障,空载合闸,空载合闸于内部故障等状态.EMTP 仿真实验表明了该方案的有效性与可行性. 文献从提高计算速度出发,给出了应用二次 B样条小波对信号进行高尺度变换的一种快速算法; 同时针对电力系统的实际情况,在二次B样条小波的 基础上,构造出一个适合于电力系统故障分析的小波 母函数,并将它应用于变压器差动保护进行励磁涌流 鉴别,EMTP仿真结果证实了该方法的可行性. 文献【17,181基于小波多分辨率分析理论,提出了一 种以能量变化率的比值作为判据,区分变压器励 磁涌流和内部短路电流的新方法一小波能量谱图解 法:将电流信号进行小波分解,计算相关尺度的高频 段能量,将其变化率的比值作为模式识别的特征量. 该特征量反映了电流中各次谐波含量的变化,以此 为判据来区分变压器励磁涌流和内部短路电流.陔 文进行的大量仿真计算表明该方法简单有效,具何 一 定的应用前景. 文献?引在研究电力变压器励磁涌流和故障电 流特性的基础上,利用仿真软件Saber,建立了变压 器的精确仿真模型;并对变压器的空载合闸和包括 匝间短路的多种故障情况进行了全面系统的仿真汁 算.最后,基于小波分析理论,利用其对突变信号的 强大检测能力,提出了实现变压器保护的新方法.该 方法能有效地区分变压器的内外部故障,对匝间短 路也同样能精确检测.数字仿真结果验证了所提算 法的有效性. 文献中提出了一种基于自适应小波神经网 络实现变压器励磁涌流判别的新方法.该文结合励 磁涌流和内部故障电流的特点,构建了一个四层的 自适应小波神经网络模型,并对其具体的实现方法 进行了详细的分析;利用ATP—EMTP程序进行仿 真计算生成训练样本和测试样本,对所构建的网络 进行了训练和测试,结果表明自适应小波神经网络 能准确,可靠地识别出变压器的励磁涌流状态. 文献利用小波变换对变压器两侧的电流信 号进行分解,得到突变点的故障跳闸乘积符号,从而 准确地区分励磁涌流和故障电流.利用实时数字仿 真器(RTDS)对不同内部故障类型和励磁涌流进行 了仿真,结果表明该算法不受最严重故障(带故障 空载投入)以及严重CT饱和情况的影响. 利用仿真软件Saber,建立变压器的精确仿真模 型;并对变压器的空载合闸和包括匝问短路的多种故 障情况进行了全面系统的仿真计算.最后,基于小波 分析理论(利用其对突变信号的强大检测能力),提出 了实现变压器保护的新方法,该方法能有效地区分变 压器的内外部故障,对匝间短路也同样能精确检测. 数字仿真结果验证了所提算法的有效性. 3应用 小波分析作为一种多分辨率的时一频局部分析 方法,它在信号突变点(边缘)的奇异性检测方面具 有优良特性,小波变换模的局部极大值点往往跟信 号的奇异点相对应.由于励磁涌流中出现的间断角 属于奇异信号,因此利用小波变换后的模极大值点 可以检测到信号的奇异点,从而可以确定间断角的 出现睛况.因此本人尝试利用小波分析方法提取变 压器励磁涌流的间断角特征,应用MATLAB中的 PowerSystem仿真工具箱建立变压器模型.本文 采用三台单相变压器,按照不同的接线方式如:Y0/ ?,Y0/Y,Y/?,A/Y0对空载合闸时励磁涌流和内 部故障时的短路电流进行探讨.采用由仿真模型提 供的涌流数据,程序由Maflab编制而成,以三阶B 样条小波作为基小波,相应的滤波器系数为: f(一1)=0.125,h0(0)=0.375,h0(2)=0.125. 【h(0)=一2.0,h1(1)=2.0,h1(一1)=O,h(2):0 迭代型分解算法为: . 61. 2008年第3期《贵州电力技术》(总第105期) rs(,z)=h.()f(,z一K) {J?[1,J] 【r2(,z):h(K)S2卜f(n一2K) 其中,{h.()}和{h()}分别表示尺度(平 滑)函数(X)和小波基函数缈()对应的序列,或 称为带通滤波函数. 仿真表明,用小波变换测量间断角,只需测量间 断角两侧(边缘)对应的局部极大值的位置,可以有 效地抑制噪声干扰,提高测量精度.其算法简单且 计算量较小,快速性好,能够保证微机保护快速出 口,有助于加速变压器保护微机化的进程. 4结束语 综上可以看出,小波分析在变压器保护中已取 得了一些可喜的成果,虽然现在对于大型变压器已 经采取的是高低压分项差动保护,从原理上躲过涌 流对变压器保护的影响,但220kV及以下的变压器 保护中在变压器保护中仍有研究意义,随着研究的 深人,小波理论在电力系统领域的应用将会越来越 普及和重要.但同时也应该看到,目前小波分析在 变压器保护中的应用研究绝大多数是以仿真实验波 形为基础的,而实际波形比仿真实验波形受到的干 扰更为严重,其波形中含有更多谐波,这需要进一步 分析与判断.此外,作为一种新的分析工具,小波变 换的应用受到一定的限制,小波分析方法在微机保 护中的实现问题主要是选择适当的小波基及其快速 算法的实现. 参考文献 [1]王维俭,侯炳蕴.大型机组继电保护理论基础(第二 版)[M].北京:中国电力出版社,1988. 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