电压骤降暂态扰动点检测方法研究.pdf

第 1 2 期 总第 2 1 0 期 2 0 1 1 年 1 2月 农业科技与装备 Ag r icu l t u r a l S cie n ce Te ch no l o g y a nd Eq u ip m e n t N0 1 2 To t a l N 0 21 0 D e c 2 0 1 1 电压骤降暂态扰动点检测方法研究 郭士琦 杨 勇 王晓云 1 沈阳农业大学 信息与电气工程学院 沈阳 1 1 0 1 6 1 2 沈阳供电公司 东陵供电分公司 沈阳 1 1 0 0 0 0 摘要 电压骤降是电网中一种典型的暂态电压扰动信号 为了检测出其发生电压扰动的位置 现在多采用小波变换或小波包变换 对扰动信号进行检测 利用 M a fl a b 仿真对电网中的暂降信号进行检测 对比小波包变换与小波变换对扰动信号突变点检测的效 果 仿真结果表明 在不去噪直接进行检测的情况下 使用相同的采样频率和相同信噪比强度 小波变换对扰动点的检测更准确 关键词 电压骤降 小波变换 小波包变换 中图分类号 T M 7 6 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 1 1 6 1 2 0 1 1 1 2 0 0 4 3 0 3 随着社会现代化发展 工业生产和居民生活对电 能质量 问题更加关注 现在多采用的小波分析方法能 以不同的小波变换尺度 将信号分解成不同的频段分 量 具有 良好 的时 频局域性 是一个检测电能质量很 好的工具 在电力系统中不可避免地存在着噪声 电气信号往往被大量的噪声信号干扰 噪声的影响会 降低检测的准确性 甚至会造成检测失效 在噪声环 境中准确提取相关扰动信息已经成为电能质量监测 的一个重要问题 这就要求选择合适的检测方法 本 研究选用 d b 4 小波基 对比小波包变换与小波变换检 测电压骤降起始时刻与终止时刻的精确度 确定更适 合针对电力系统电压暂态扰动信号的检测方法 1 小波变换信号检测原理 1 1 小波变换原理 小波就是为了分析不同大小的信号结构 使用不 同时域支集的时频函数 小波变换在伸缩平移后的小 波上分解信号 小波是均值为0的 R 函数 1 b t d t O 1 J 一 t 为一个基小波或母小 波 那么范数 l l l I l 能量在 t O为中心的邻域内 对 做伸缩平移可 得到一簇时频函数 2 V s 式中 s 为伸缩时间 伸缩因子 为平移尺度 平移因子 收稿日期 2 0 1 1 1 1 0 3 作者简介 郭士琦 1 9 8 2 一 男 硕士 从事地方电力系统及其 自动化方 面的研究工作 通信作者 杨勇 1 9 5 6 男 博士 教授 从事计算机应用技 术 农业信息化技术方面的研究工作 那么此函数的规划范数也是 1 L 函数关于 时间 s 尺度 的小波变换为 r 1 W f u s t d t 3 V s 小波函数系的特点是其时宽频宽乘积很小 且在 时间和频率轴上都很集中 小波变换分为连续小波变 换和离散小波变换 1 2 小波系数模极大的奇异性检测 奇异点的检测是通过使得小波模极大在细节尺 度下收敛的横坐标点来检测的 小波变换可以写成一 个多尺度的微分算子 例如 恰好具有 n阶消失矩 并且是紧支集的 那么一定存在紧支集函数 0 使得 一 1 且 j t d t D 为平滑函数 小波 J一 变换公式 3 就可改成 n w f u s 告 4 U 式 中 一 生 x s s 信号经平滑函数的n阶导数作处理等效于信号 先平滑后再求 n阶导数 因此如果小波仅有一阶消失 矩 那么小波模极大就是函数经 磨光后 的一 阶导 数的极大 如果小波有二阶消失矩 那么小波模极大 对应于高阶曲率 根据函数的导数的绝对值 即模为 极值时所对应的点即为函数的拐点 函数的导数模为 极大值时所对应的点即为信号的奇异点 2 仿真对比 小波包变换与小波模极大值检测结果进行对比 仿真利用 D a u b e ch i e s 4 小波基 对工频下带有一定 谐波成分 含 3 0 d b 4 0 d b 5 0 d b 6 0 d b 信噪 比强度 S N R 高斯白噪声的电压骤降幅度在 约为 1 0 的 波形进行 4 层分解 采样频率为 1 0 k 每周期为 2 0 0 农业科技 与装备 2 0 1 1年 1 2月 点 骤降发生起点在 0 0 5 9 7 S 到 0 1 1 9 4 S 截止 检 测到的故障点应为5 9 7 到 1 1 9 4 因为第 l 层小波系 数可能淹没在噪声中而无法正确检测信号的突变点 因此在实际检测中应在多尺度上综合分析和判断 这 里只将 3 O d b噪声下仿真检测结果的图像列出 图 1 为故障信号图像 图2为利用小波包变换图像 图 3 为利用小波变换检测故障点的图像 图 1 故 障信 号 Fig ur e 1 F a u l t s ig n a l 为了能够清楚地看到检测位置 这里只截取了采 样点从 4 0 0 点到 1 3 0 0 点之间的一段 从图像上对应 的检测扰动点的位置 可以很清楚地看出小波包 小 波变换哪个方法的检测结果更准确 对应 的各噪声强 度下检测突变起止点见表 1 表 1 小 波包 与小 波变换对扰动点的检测结果 Ta b l e 1 W a v e l e t p a ck e t a n d wa v e l e t t r a n s f o r m a fi o n o f t h e p o in t o f d is t u r b 8 n ce t e s t r e s ul t s 从图2和图 3 可以看到电压骤降暂态扰动点的 检测定位 在 3 0 d b下 的检测结果中 小波对检测点 很准确并且能够很清楚的看到 而小波包对检测点不 是很准确 有一定的偏差 从表 1 中列出的不同信噪 下两种方法对检测点 的数据对比也能够看得出 小波 对扰动点的定位 比较准确 在 3 0 d b的噪声下也能很 准确地检测到奇变的时间点 而对应的小波包变换在 3 0 d b时不是很准确 有了一定的偏差 对应的信噪比 图 2利用小波包变换对扰动信号检测结果 F ig u r e 2 Dis t u r b a n ce s ig n a l d e t e c ti o n r e s ults u s in g wa v e l e t pack et t r an s f or m 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 锄 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 1 0 5 叩6 叩 7 0 0 咖 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 3 厂 0 6 0 0 6 0 0 7 0 0 咖 9 0 0 1 0 0 D 1 1 叩 1 2 0 0 1 3 厂 口 卯 0 6 0 0 7 0 0 咖9 叩 1 0 叩 1 1 0 0 1 2 0 0 1 3 J f 5 D 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 o 0 2 D 0 1 3 1 1 I r r l l l I 0卯 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 口 口 1 2 0 0 侣 r 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 3 0 1 2 0 0 1 3 8 图 3利用小 波变换对扰动信号检测 结果 Fig u r e 3 D t u r b a n ce s ig n a l d e cfi o n r e s ul ts u s in g wa v e l e t t r a ns f or m 增大时小波包才能准确检测到扰动点位置 3结论 利用小波对信号进行多尺度分析 在信号的突变 点处 其小波变换系数具有模极 大值 因此可以通过 小波系数模极大来检测电压骤降等暂态电能质量问 题 仿真结果表明 本研究所给的电网电压暂态扰动 利用小波即可准确地检测到电压骤降的起止点 并且 在不同的信噪强度下 相比小波包的检测具有一定的 优势 下转第 4 7页 一一一一一一一一一一一一一一一一 嘣 詈叶 莒寻 吾寻 莒寻 呲 吧 一 一 一 一 一 一 一一一 誉叶 吧吲 莒叶 誉哥呲 2 0 1 1 年第 1 2期 刘松志等 1 0 k V配电网随器补偿研究 4 7 因数达到 O 9 9 则需要补偿 的总容量达到 3 7 5 k v a r 则 节 省 有 功 功 率 0 4 4 9 3 k W 则 年 节 约 电 量 为 2 5 9 1 9 0 1 k Wh 年节约资金为 1 4 7 5 9 5 1 元 根据 以上分析 可以根据变压器的带负载 隋况适 当对随器 补偿 的容量进行调整 就能得到更好的补偿效益 4 结论 本文提出随器补偿合理的补偿容量配置和 尽可 能地接近平滑调节和能够组合的容量最多 的分组方 法 介绍了一种配电变台监控与无功补偿智能综合装 置 经运行表明 智能随器补偿装置能保证配电网供 电电压质量 改善功率 因数 达到无 功就地平滑调节 的目的 经实际算例计算 通化市供电公司的两条线 路 通过随器补偿得到了良好的经济效益 达到了降 损节能的 目的 参考文献 1 王向臣 电网无功补偿实用技术 M 北京 中国水利水电出版社 2 0 0 9 2 朴在林 谭东明 郭丹 1 0 k配电线路无功优化智能系统的研究与实施 J 农业工程学报 2 5 1 2 2 0 6 2 1 0 3 刘烨 刘智勇 阮太元 基于 D S P的低压动态无功补偿控制器的设计 J 计算机测量与控制 2 0 0 9 1 7 9 1 7 4 4 1 7 4 6 S t u d y o n Tr a n s f o r me r Co mp e n s a t io n in 1 0 k V Dis t r ib u t io n Ne t wo r k LI U S o n g z h i GUO Da n 1 T o n g h u a P o w e r S u p p l y C o m p a n y T o n g h u a J i l in 1 3 4 0 0 1 C h i n a 2 C o l l e g e o f I n f o r ma t io n a n d E l e ct ri c E n g i n e e ri n g S h e n y a n g A g ri cu l t u r a l U n iv e r s i t y S h e n y a n g 1 1 0 8 6 6 C h in a Ab s t r a ct L a ck o f r e a ct iv e p o we r a n d u n r e a s o n a b l e a l l o ca t io n a r e o u t s t a n d in g p h e n o me n a in d is t ri b u t io n n e t w o r k S cie n t ifi c a n d r e a s o n a b l e r e a ct iv e p o we r co mp e n s a t io n co u l d e ff e ct iv e l y ma in t a in t h e s y s t e m v o l t a g e l e v e l d e cr e a s e a ct iv e p o we r l o s s e s T h is p a p e r p r o p o s e s r e a s o n a b l e co mp e n s a t io n ca p a cit y a n d g r o u p in g me t h o d o f t r a n s f o rm e r co mp e n s a t io n in t r o d u ce s a n in t e l l ig e n t in t e gra t e d e q u ip m e n t o f t r a n s f o rme r co mp e n s a t i o n a n d m o n i t o ri n g in a b i d t o a ch i e v e r e a ct iv e p o w e r i n p l a ce s m o o t h a d j u s t m e n t T w o 1 0 k V d i s t rib u t i o n wir e s o f T o n g Hu a we r e u s e d a s a n e x a mp l e t o e x p l a in the e n e r g y s a v in g Ke y wo r d s d i s t ri b u t i o n n e t wo r k t r a n s f o rm e r co mp e n s a t io n r e d u ce l o s e e n e r gy s a v i n g s ma r t i n t e g r a t e d d e v ice s 上接第 4 4页 参考文献 1 马拉特 信号处理的小波导引 M 杨丽华 译 北京 北京机械工业出社 2 0 0 2 2 T H O MA S T L A N T O N Y C s D e t e ct i o n o f t r a n s ie n t s i n 1 f n o i s e w i t h t h e u in d e ci ma t e d d i s cr e t e w a v e l e t t r a n s f o r m J I E E E T r a n s a ct i o n s o n S ig n a l P r o ce s s i n g 2 0 0 0 4 8 5 1 4 5 8 1 4 6 2 3 J A N S E N M U L T H E E L A Mu h ip l e w a v e l e t t h r e s h o l d e s t im a t i o n b y g e n e r a l i z e d cr o s s v a l i d a t io n f o r im a g e s w i t h co r r e l a t e d n o is e J I E E E T r a n s a ct io n s o n I m a g e P roce s s i n g 1 9 9 9 8 7 9 4 7 9 5 3 4 许童羽 曹英丽 陈春玲 基于小波模极大值的电压骤降定位检测 J 沈阳农业大学学报 2 0 1 0 4 1 3 3 6 9 3 7 1 5 熊玲玲 刘会金 傅志伟 基于小波包变换的电压骤降信号分析 J 继电器 2 0 0 4 3 2 1 1 8 1 2 6 陈祥训 采用小波技术的几种电能质量扰动的测量与分类方法 J 中国电机工程学报 2 0 0 2 2 2 1 0 1 2 1 6 De t e ct io n M e t ho ds o f Vo l t a g e S a g Tr a ns ie n t Dis t ur ba nce Po int GU0 Sh iq i YANG Yo n g W ANG Xia o y u n 1 C o l l e g e o f I n f o rm a t i o n a n d E l e ct rif i ca t i o n E n g i n e e ri n g S h e n y a n g A g r icu l t u r a l U n iv e r s i t y S h e n y a n g 1 1 0 1 6 1 C h i n a 2 D o n n in g B r a n ch C o m p a n y o f S h e n y a n g P o w e r S u p p l y C o mp a n y S h e n y a n g 1 1 0 0 0 0 C h i n a Ab s t r a ct Vo l t a g e s a g is a k in d o f t y p ica l p o w e r g ri d o f t r a n s ie n t v o l t a g e d is t u r b a n ce s ig n a 1 I n o r d e r t o d e t e ct t h e o ccu r r e n ce p rob l e m p o s i t i o n s ma n y b