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(hù)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(hù)發(fā)展的難題,根本原因在于缺乏完備的電力暫態(tài)信號研究的相關(guān)理論,尤其是暫態(tài)信號的檢測、去噪、識別等理論尚未構(gòu)成體系,并且缺乏實踐應(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)兩項學(xué)科技術(shù),被廣泛應(yīng)用于信息分析、信息識別、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)信號自動分析系統(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(dǎo)致設(shè)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(jī)處理測量連續(xù)的時間信號,對連續(xù)的信號進(jìn)行離散采樣,再經(jīng)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(jìn)行傳送,結(jié)合頻域信道化方法,即通過將監(jiān)測的目標(biāo)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(yù)測值與信號當(dāng)前值之間的差值來抑制強(qiáng)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(jìn)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(wù)和功能,信號處理與控制單元構(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(zhuǎn)換4~20mA電流輸出等電路模塊組成。

在小波分析算法中,利用小波濾波器對信號進(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,由此完成信號處理。

1.3自動處理模塊

為滿足數(shù)據(jù)自動預(yù)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(xì)分為多個子程序。不使用虛擬機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)部署時,只需要Linux操作系統(tǒng)服務(wù)器和windows操作系統(tǒng)服務(wù)器,對階段程序及其他程序進(jìn)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(wù)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(jīng)驗分析為主,經(jīng)過分析后設(shè)計技術(shù)方案,再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比,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。通用電氣公司開發(fā)的最優(yōu)電源規(guī)劃程序包,以生產(chǎn)費用最低為目標(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(shè)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(nèi)的運行及維修費用,這個時段內(nèi)的負(fù)荷假設(shè)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(guān)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(jìn)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(shè)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(jìn)行分析,前者設(shè)為實驗組、后者設(shè)為對照組,記錄實驗數(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中實線為實驗組,也就是基于小波分析技術(shù)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(shù)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(jié)果

經(jīng)上述分析及測試實驗驗證,基于小波分析技術(shù)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(zhǔn)確地為相關(guān)技術(shù)人員提供故障信息及保護(hù)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(zhǔn)確計算,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)性和實用性。

4結(jié)語

小波分析具有獨特的時頻局部化特性,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(shù)應(yīng)用于電力暫態(tài)信號自動分析系統(tǒng)中,經(jīng)實驗對比分析,該系統(tǒng)的檢測分析速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的分析系統(tǒng)。