基于小波分析技術的電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)研究

引言

電力暫態(tài)信號蘊藏的信息量大,包含故障類型、故障位置、持續(xù)時間等信息數(shù)據(jù),提取到有效的電力暫態(tài)信號的特征信息是實現(xiàn)暫態(tài)保護的前提。然而電力暫態(tài)信號的檢測、識別是目前制約電力暫態(tài)保護發(fā)展的難題,根本原因在于缺乏完備的電力暫態(tài)信號研究的相關理論,尤其是暫態(tài)信號的檢測、去噪、識別等理論尚未構成體系,并且缺乏實踐應用。小波分析技術結合了工程科學與應用數(shù)學兩項學科技術,被廣泛應用于信息分析、信息識別、信息診斷等領域。因此,將小波分析技術應用于電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)中,可以促進電力暫態(tài)保護的發(fā)展。

1電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)的組成

1.1信號采集模塊

傳統(tǒng)的信號采集方法在監(jiān)測頻帶寬度時需劃分子頻帶,導致設計成本上升,系統(tǒng)靈活性受限,實用性較差。針對這一問題,在眾多的信號采集方法中,基于小波分析的信號采集模塊首先利用計算機處理測量連續(xù)的時間信號,對連續(xù)的信號進行離散采樣,再經過量化、編碼等處理組成數(shù)字信號。以此獲得的數(shù)字信號可以通過衛(wèi)星通道、光纖、電纜、微波干線等數(shù)字線路進行傳送,結合頻域信道化方法,即通過將監(jiān)測的目標頻帶劃分成若干子帶,每個子帶分配一個低速率采樣的方式,提升動態(tài)范圍,還可通過量化該預測值與信號當前值之間的差值來抑制強干擾信號,提高小信號的量化精度。

1.2信號處理模塊

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

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

1.3自動處理模塊

為滿足數(shù)據(jù)自動預處理的同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)自處理等需要,將自動處理系統(tǒng)細分為多個子程序。不使用虛擬機進行系統(tǒng)部署時,只需要Linux操作系統(tǒng)服務器和windows操作系統(tǒng)服務器,對階段程序及其他程序進行部署。若電力暫態(tài)信號充足,為提升系統(tǒng)性能,也可將各子程序分別部署至多臺服務器上。

1.4電源模塊

傳統(tǒng)的電力暫態(tài)信號自動分析多以經驗分析為主,經過分析后設計技術方案,再進行經濟性對比,已經難以滿足復雜電力系統(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。通用電氣公司開發(fā)的最優(yōu)電源規(guī)劃程序包,以生產費用最低為目標,用靜態(tài)向前看的方法優(yōu)化,使用失負荷概率作為可靠性約束準則。所謂靜態(tài)向前看的方法是指在優(yōu)化時不用動態(tài)規(guī)劃求整體優(yōu)化方案,而是逐步靜態(tài)優(yōu)化,但在計算費用時計入各建設項目在規(guī)劃水平年后的一段時間,稱為向前看時段長度內的運行及維修費用,這個時段內的負荷假設與規(guī)劃水平年相同,以此來計入一些投資大而運行費用低廉項目的效益。

1.5顯示控制模塊

電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)的顯示控制部分主要是顯示所有在分析過程中至關重要的信息,包括采集到的數(shù)據(jù)、時間頻率、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行提醒。

2電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)測試

在電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)設計完成后,分別采用基于小波的分析系統(tǒng)和傳統(tǒng)分析系統(tǒng)對相同的暫態(tài)信號進行分析,前者設為實驗組、后者設為對照組,記錄實驗數(shù)據(jù),并根據(jù)記錄結果繪制出如圖2所示的曲線圖。

圖2中實線為實驗組,也就是基于小波分析技術的電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng),虛線為對照組,即傳統(tǒng)分析系統(tǒng)。由圖2可以清晰地看出,實驗次數(shù)在不斷增加的過程中,傳統(tǒng)分析系統(tǒng)只能檢測出電力中一小部分的暫態(tài)信號,而基于小波分析技術的電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)能夠在多次實驗中敏銳檢測出電力暫態(tài)信號,并且用時更少。

3測試結果

經上述分析及測試實驗驗證,基于小波分析技術的電力暫態(tài)信號自動分析系統(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,計算量小,系統(tǒng)能及時、準確地為相關技術人員提供故障信息及保護動作的信息,并快速反饋,可實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)環(huán)境下的準確計算,從而保證電力系統(tǒng)能安全、高效地進行網上數(shù)據(jù)的傳輸工作,充分體現(xiàn)了該分析系統(tǒng)的先進性和實用性。

4結語

小波分析具有獨特的時頻局部化特性,將小波變換應用于電力系統(tǒng),特別是用于電力系統(tǒng)暫態(tài)信號的分析和處理,能夠滿足電力系統(tǒng)復雜化發(fā)展的需要。針對傳統(tǒng)的電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)分析速率低的問題,本文將小波分析技術應用于電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)中,經實驗對比分析,該系統(tǒng)的檢測分析速率遠遠高于傳統(tǒng)的分析系統(tǒng)。