基于小波包變換和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路故障診斷研究.pdf

1、特高壓交流輸電線路作為聯(lián)系大電網(wǎng)電源側(cè)與用戶側(cè)的重要電氣設(shè)備，由于受復(fù)雜的工作環(huán)境以及多變的自然條件等因素的影響，其故障發(fā)生率一直居高不下。自動(dòng)重合閘能夠使線路在發(fā)生瞬時(shí)性故障后快速重新投入運(yùn)行，因此該類型裝置的廣泛應(yīng)用在提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和供電可靠性方面起到了至關(guān)重要的作用。然而現(xiàn)階段重合閘存在無法識別故障類型的設(shè)計(jì)缺陷，致使其重合于永久性故障后會(huì)再次動(dòng)作，從而導(dǎo)致線路斷路器短時(shí)內(nèi)受到兩次短路電流沖擊甚至產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)的嚴(yán)重后果

2、。因此如何能夠有效地對故障性質(zhì)進(jìn)行判斷就顯得尤為重要。本文針對自適應(yīng)重合閘研究現(xiàn)狀，并對線路發(fā)生單相短路接地后故障電弧特性進(jìn)行深入研究分析，提出了合理的故障特征量提取方式和故障診斷模型構(gòu)造方法。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)首先研究線路接地故障電弧產(chǎn)生機(jī)理以及一次電弧和二次電弧的動(dòng)態(tài)特性，在ATP-EMTP電磁暫態(tài)仿真軟件平臺(tái)上搭建1000kV特高壓交流輸電線路的瞬時(shí)性單相短路接地故障模型，其中非線性電弧接地電阻模型利用ATP-E

3、MTP中TACS和MODELS模塊來構(gòu)造其控制部分。以仿真結(jié)果中的故障相電源端電壓電流曲線和故障點(diǎn)電壓電流曲線作為研究對象，通過該部分波形與國內(nèi)外學(xué)者研究的故障電弧現(xiàn)象的對比分析可知，本文所搭建的故障電弧仿真模型能夠逼真地模擬出實(shí)際故障情況下接地電弧動(dòng)態(tài)特性。
　　 (2)通過分析故障相端電壓波形中高頻暫態(tài)分量產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)，本文研究了基于小波變換原理的暫態(tài)信號時(shí)頻分析方法。最終提出了利用小波包分解重構(gòu)算法及能量譜分析原理的故

4、障信號特征量提取方式。在之前仿真的故障相端電壓的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選取db15為小波基函數(shù)，通過3層小波包變換分別提取8個(gè)連續(xù)頻段的能量值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該算法能夠準(zhǔn)確分辨出由一次電弧及二次電弧所引起的高頻分量所在頻段并有效提取出故障特征量。
　　 (3)最后利用之前所提取的300組故障信號特征量作為故障診斷模型訓(xùn)練樣本，構(gòu)造3層結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和5層結(jié)構(gòu)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并分別對線路所發(fā)生的故障性質(zhì)類型進(jìn)行判斷。針對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易

5、陷入局部極小點(diǎn)和迭代訓(xùn)練過程較慢等缺陷，本文利用Levenberg-Marquard訓(xùn)練算法對其進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)鑒于模糊量隸屬度函數(shù)和故障診斷模糊規(guī)則庫的確立及構(gòu)造較為困難，本文采用了補(bǔ)償因子改進(jìn)的方式，使模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在學(xué)習(xí)過程中能夠自適應(yīng)地將模型參數(shù)調(diào)整至最優(yōu)化狀態(tài)。最后利用78組試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)在MATLAB平臺(tái)進(jìn)行測試。仿真實(shí)驗(yàn)證明:基于補(bǔ)償因子改進(jìn)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練時(shí)長、誤差收斂速度及對故障類型判別精度上均優(yōu)于傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。