基于分形幾何和小波變換的弧光故障研究.pdf

1、電力系統(tǒng)中,高壓輸電線路是最容易發(fā)生故障的部分,單相電弧故障是其中最主要的故障形式,并且往往是弧光高阻故障.電弧故障會(huì)給電力系統(tǒng)設(shè)備和人身安全帶來(lái)嚴(yán)重的隱患.因此,準(zhǔn)確有效的判斷出電弧故障是否發(fā)生具有十分重要的意義.分形幾何的理論為揭示隱藏在復(fù)雜現(xiàn)象中的精細(xì)結(jié)構(gòu)和定量地描述它們提供了理論基礎(chǔ).分形維數(shù)是刻畫(huà)分形集的要素之一,它反映了分形集的復(fù)雜度和空間的充斥程度.小波變換是一種信號(hào)的時(shí)間—尺度(時(shí)間—頻率)分析方法,它具有多分辨率分析的

2、特點(diǎn),在時(shí)域和頻域都具有表征信號(hào)局部特征的能力.該文基于上述分形幾何和小波變換的理論對(duì)電弧故障進(jìn)行研究,考慮了噪聲的影響,提出了一種識(shí)別電弧故障的保護(hù)新方法.當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),由于混入高次諧波導(dǎo)致電壓和電流波形發(fā)生變化,而分形維數(shù)能夠很好的反映出這一變化過(guò)程.分形維數(shù)的變化趨勢(shì)與所研究信號(hào)所包含的頻率成份及其能量相關(guān),呈V形狀.據(jù)此,可以將故障與系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)區(qū)分開(kāi).系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),分形維數(shù)是1,發(fā)生故障后分形維數(shù)受到故障位置和采

3、樣率等因素的影響可能大于1,也可能小于1.系統(tǒng)故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)過(guò)程,同時(shí)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)也存在著暫態(tài)過(guò)程,這兩個(gè)暫態(tài)過(guò)程有著很多共同的特點(diǎn),例如電容器開(kāi)關(guān)合閘分閘后的暫態(tài)信號(hào)的分形維數(shù)也發(fā)生變化,受到電容器值和采樣率等因素的影響也出現(xiàn)大于1或小于1的情況,所以?xún)H從分形維數(shù)上很難區(qū)分故障與正常暫態(tài)狀態(tài).信號(hào)在小波變換下有兩個(gè)顯著的特點(diǎn):小波變換將該信號(hào)所包含的頻率成份分解到不同的頻帶上;隨著尺度的增加,信號(hào)各個(gè)尺度上低頻分量的能量逐漸降

4、低.這些恰恰與影響分形維數(shù)大小的兩個(gè)因素(復(fù)雜度和空間的充斥程度)相關(guān).分別對(duì)電力系統(tǒng)故障和電容器開(kāi)關(guān)合閘分閘的暫態(tài)電壓信號(hào)進(jìn)行小波變換,發(fā)現(xiàn)它們兩者的分形維數(shù)有不同的變化規(guī)律.其中,故障在小波變換后的分形維數(shù)隨著尺度的增加而減小;電容器開(kāi)關(guān)合閘分閘在小波變換后的分形維數(shù)隨著尺度的增加或者增加,或者減小,變化趨勢(shì)不定.考慮噪聲條件下的電弧故障的識(shí)別,采用小波消噪的方法.對(duì)消噪后的電壓信號(hào)分析得出:故障后的電壓信號(hào)的分形維數(shù)發(fā)生變化,小波