基于小波分析技术的电力暂态信号自动分析系统研究

引言

电力暂态信号蕴藏的信息量大,包含故障类型、故障位置、持续时间等信息数据,提取到有效的电力暂态信号的特征信息是实现暂态保护的前提。然而电力暂态信号的检测、识别是目前制约电力暂态保护发展的难题,根本原因在于缺乏完备的电力暂态信号研究的相关理论,尤其是暂态信号的检测、去噪、识别等理论尚未构成体系,并且缺乏实践应用。小波分析技术结合了工程科学与应用数学两项学科技术,被广泛应用于信息分析、信息识别、信息诊断等领域。因此,将小波分析技术应用于电力暂态信号自动分析系统中,可以促进电力暂态保护的发展。

1电力暂态信号自动分析系统的组成

1.1信号采集模块

传统的信号采集方法在监测频带宽度时需划分子频带,导致设计成本上升,系统灵活性受限,实用性较差。针对这一问题,在众多的信号采集方法中,基于小波分析的信号采集模块首先利用计算机处理测量连续的时间信号,对连续的信号进行离散采样,再经过量化、编码等处理组成数字信号。以此获得的数字信号可以通过卫星通道、光纤、电缆、微波干线等数字线路进行传送,结合频域信道化方法,即通过将监测的目标频带划分成若干子带,每个子带分配一个低速率采样的方式,提升动态范围,还可通过量化该预测值与信号当前值之间的差值来抑制强干扰信号,提高小信号的量化精度。

1.2信号处理模块

本次研究的核心是对电力暂态信号进行自动分析处理,将整个系统分为硬件和软件两大部分。根据系统的任务和功能,信号处理与控制单元构成如图1所示,包括小波滤波器、双T滤波器、自动增益控制电路、程控滤波电路、整形放大、测频信号、半波精密整流、数模D/A转换4~20mA电流输出等电路模块组成。

在小波分析算法中,利用小波滤波器对信号进行连续降半分割。为方便控制操作,把分割结果转换成模拟电流传送到电脑控制系统中,由此完成信号处理。

1.3自动处理模块

为满足数据自动预处理的同时实现数据自处理等需要,将自动处理系统细分为多个子程序。不使用虚拟机进行系统部署时,只需要Linux操作系统服务器和windows操作系统服务器,对阶段程序及其他程序进行部署。若电力暂态信号充足,为提升系统性能,也可将各子程序分别部署至多台服务器上。

1.4电源模块

传统的电力暂态信号自动分析多以经验分析为主,经过分析后设计技术方案,再进行经济性对比,已经难以满足复杂电力系统的规划需求。加上各种不可控性因素的影响,更加难以获得较好的系统发展方案。通用电气公司开发的最优电源规划程序包,以生产费用最低为目标,用静态向前看的方法优化,使用失负荷概率作为可靠性约束准则。所谓静态向前看的方法是指在优化时不用动态规划求整体优化方案,而是逐步静态优化,但在计算费用时计入各建设项目在规划水平年后的一段时间,称为向前看时段长度内的运行及维修费用,这个时段内的负荷假设与规划水平年相同,以此来计入一些投资大而运行费用低廉项目的效益。

1.5显示控制模块

电力暂态信号自动分析系统的显示控制部分主要是显示所有在分析过程中至关重要的信息,包括采集到的数据、时间频率、空间频率、稳定状态等,并在特殊情况下以改变显示颜色或形状的方式进行提醒。

2电力暂态信号自动分析系统测试

在电力暂态信号自动分析系统设计完成后,分别采用基于小波的分析系统和传统分析系统对相同的暂态信号进行分析,前者设为实验组、后者设为对照组,记录实验数据,并根据记录结果绘制出如图2所示的曲线图。

图2中实线为实验组,也就是基于小波分析技术的电力暂态信号自动分析系统,虚线为对照组,即传统分析系统。由图2可以清晰地看出,实验次数在不断增加的过程中,传统分析系统只能检测出电力中一小部分的暂态信号,而基于小波分析技术的电力暂态信号自动分析系统能够在多次实验中敏锐检测出电力暂态信号,并且用时更少。

3测试结果

经上述分析及测试实验验证,基于小波分析技术的电力暂态信号自动分析系统不但摆脱了传统分析系统的限制,而且大大提高了分析效率,采样率高,计算量小,系统能及时、准确地为相关技术人员提供故障信息及保护动作的信息,并快速反馈,可实现不同数据环境下的准确计算,从而保证电力系统能安全、高效地进行网上数据的传输工作,充分体现了该分析系统的先进性和实用性。

4结语

小波分析具有独特的时频局部化特性,将小波变换应用于电力系统,特别是用于电力系统暂态信号的分析和处理,能够满足电力系统复杂化发展的需要。针对传统的电力暂态信号自动分析系统分析速率低的问题,本文将小波分析技术应用于电力暂态信号自动分析系统中,经实验对比分析,该系统的检测分析速率远远高于传统的分析系统。