基于小波分析技術(shù)的電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)研究

引言

電力暫態(tài)信號(hào)蘊(yùn)藏的信息量大,包含故障類(lèi)型、故障位置、持續(xù)時(shí)間等信息數(shù)據(jù),提取到有效的電力暫態(tài)信號(hào)的特征信息是實(shí)現(xiàn)暫態(tài)保護(hù)的前提。然而電力暫態(tài)信號(hào)的檢測(cè)、識(shí)別是目前制約電力暫態(tài)保護(hù)發(fā)展的難題,根本原因在于缺乏完備的電力暫態(tài)信號(hào)研究的相關(guān)理論,尤其是暫態(tài)信號(hào)的檢測(cè)、去噪、識(shí)別等理論尚未構(gòu)成體系,并且缺乏實(shí)踐應(yīng)用。小波分析技術(shù)結(jié)合了工程科學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)兩項(xiàng)學(xué)科技術(shù),被廣泛應(yīng)用于信息分析、信息識(shí)別、信息診斷等領(lǐng)域。因此,將小波分析技術(shù)應(yīng)用于電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)中,可以促進(jìn)電力暫態(tài)保護(hù)的發(fā)展。

1電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)的組成

1.1信號(hào)采集模塊

傳統(tǒng)的信號(hào)采集方法在監(jiān)測(cè)頻帶寬度時(shí)需劃分子頻帶,導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本上升,系統(tǒng)靈活性受限,實(shí)用性較差。針對(duì)這一問(wèn)題,在眾多的信號(hào)采集方法中,基于小波分析的信號(hào)采集模塊首先利用計(jì)算機(jī)處理測(cè)量連續(xù)的時(shí)間信號(hào),對(duì)連續(xù)的信號(hào)進(jìn)行離散采樣,再經(jīng)過(guò)量化、編碼等處理組成數(shù)字信號(hào)。以此獲得的數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)衛(wèi)星通道、光纖、電纜、微波干線等數(shù)字線路進(jìn)行傳送,結(jié)合頻域信道化方法,即通過(guò)將監(jiān)測(cè)的目標(biāo)頻帶劃分成若干子帶,每個(gè)子帶分配一個(gè)低速率采樣的方式,提升動(dòng)態(tài)范圍,還可通過(guò)量化該預(yù)測(cè)值與信號(hào)當(dāng)前值之間的差值來(lái)抑制強(qiáng)干擾信號(hào),提高小信號(hào)的量化精度。

1.2信號(hào)處理模塊

本次研究的核心是對(duì)電力暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析處理,將整個(gè)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分。根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)和功能,信號(hào)處理與控制單元構(gòu)成如圖1所示,包括小波濾波器、雙T濾波器、自動(dòng)增益控制電路、程控濾波電路、整形放大、測(cè)頻信號(hào)、半波精密整流、數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換4~20mA電流輸出等電路模塊組成。

在小波分析算法中,利用小波濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)降半分割。為方便控制操作,把分割結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬電流傳送到電腦控制系統(tǒng)中,由此完成信號(hào)處理。

1.3自動(dòng)處理模塊

為滿足數(shù)據(jù)自動(dòng)預(yù)處理的同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自處理等需要,將自動(dòng)處理系統(tǒng)細(xì)分為多個(gè)子程序。不使用虛擬機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)部署時(shí),只需要Linux操作系統(tǒng)服務(wù)器和windows操作系統(tǒng)服務(wù)器,對(duì)階段程序及其他程序進(jìn)行部署。若電力暫態(tài)信號(hào)充足,為提升系統(tǒng)性能,也可將各子程序分別部署至多臺(tái)服務(wù)器上。

1.4電源模塊

傳統(tǒng)的電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析多以經(jīng)驗(yàn)分析為主,經(jīng)過(guò)分析后設(shè)計(jì)技術(shù)方案,再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比,已經(jīng)難以滿足復(fù)雜電力系統(tǒng)的規(guī)劃需求。加上各種不可控性因素的影響,更加難以獲得較好的系統(tǒng)發(fā)展方案。通用電氣公司開(kāi)發(fā)的最優(yōu)電源規(guī)劃程序包,以生產(chǎn)費(fèi)用最低為目標(biāo),用靜態(tài)向前看的方法優(yōu)化,使用失負(fù)荷概率作為可靠性約束準(zhǔn)則。所謂靜態(tài)向前看的方法是指在優(yōu)化時(shí)不用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求整體優(yōu)化方案,而是逐步靜態(tài)優(yōu)化,但在計(jì)算費(fèi)用時(shí)計(jì)入各建設(shè)項(xiàng)目在規(guī)劃水平年后的一段時(shí)間,稱(chēng)為向前看時(shí)段長(zhǎng)度內(nèi)的運(yùn)行及維修費(fèi)用,這個(gè)時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷假設(shè)與規(guī)劃水平年相同,以此來(lái)計(jì)入一些投資大而運(yùn)行費(fèi)用低廉項(xiàng)目的效益。

1.5顯示控制模塊

電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)的顯示控制部分主要是顯示所有在分析過(guò)程中至關(guān)重要的信息,包括采集到的數(shù)據(jù)、時(shí)間頻率、空間頻率、穩(wěn)定狀態(tài)等,并在特殊情況下以改變顯示顏色或形狀的方式進(jìn)行提醒。

2電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)測(cè)試

在電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,分別采用基于小波的分析系統(tǒng)和傳統(tǒng)分析系統(tǒng)對(duì)相同的暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析,前者設(shè)為實(shí)驗(yàn)組、后者設(shè)為對(duì)照組,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并根據(jù)記錄結(jié)果繪制出如圖2所示的曲線圖。

圖2中實(shí)線為實(shí)驗(yàn)組,也就是基于小波分析技術(shù)的電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng),虛線為對(duì)照組,即傳統(tǒng)分析系統(tǒng)。由圖2可以清晰地看出,實(shí)驗(yàn)次數(shù)在不斷增加的過(guò)程中,傳統(tǒng)分析系統(tǒng)只能檢測(cè)出電力中一小部分的暫態(tài)信號(hào),而基于小波分析技術(shù)的電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)能夠在多次實(shí)驗(yàn)中敏銳檢測(cè)出電力暫態(tài)信號(hào),并且用時(shí)更少。

3測(cè)試結(jié)果

經(jīng)上述分析及測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,基于小波分析技術(shù)的電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)不但擺脫了傳統(tǒng)分析系統(tǒng)的限制,而且大大提高了分析效率,采樣率高,計(jì)算量小,系統(tǒng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地為相關(guān)技術(shù)人員提供故障信息及保護(hù)動(dòng)作的信息,并快速反饋,可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)環(huán)境下的準(zhǔn)確計(jì)算,從而保證電力系統(tǒng)能安全、高效地進(jìn)行網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸工作,充分體現(xiàn)了該分析系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

4結(jié)語(yǔ)

小波分析具有獨(dú)特的時(shí)頻局部化特性,將小波變換應(yīng)用于電力系統(tǒng),特別是用于電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的分析和處理,能夠滿足電力系統(tǒng)復(fù)雜化發(fā)展的需要。針對(duì)傳統(tǒng)的電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)分析速率低的問(wèn)題,本文將小波分析技術(shù)應(yīng)用于電力暫態(tài)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)中,經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,該系統(tǒng)的檢測(cè)分析速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的分析系統(tǒng)。