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.電弧故障會給電力系統(tǒng)設備和人身安全帶來嚴重的隱患.因此,準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雜現(xiàn)象中的精細結構和定量地描述它們提供了理論基礎.分形維數(shù)是刻畫分形集的要素之一,它反映了分形集的復雜度和空間的充斥程度.小波變換是一種信號的時間—尺度(時間—頻率)分析方法,它具有多分辨率分析的

2、特點,在時域和頻域都具有表征信號局部特征的能力.該文基于上述分形幾何和小波變換的理論對電弧故障進行研究,考慮了噪聲的影響,提出了一種識別電弧故障的保護新方法.當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,由于混入高次諧波導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程.分形維數(shù)的變化趨勢與所研究信號所包含的頻率成份及其能量相關,呈V形狀.據此,可以將故障與系統(tǒng)正常運行狀態(tài)區(qū)分開.系統(tǒng)正常運行時,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)故障時會產生一個暫態(tài)過程,同時系統(tǒng)正常運行時也存在著暫態(tài)過程,這兩個暫態(tài)過程有著很多共同的特點,例如電容器開關合閘分閘后的暫態(tài)信號的分形維數(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,所以僅從分形維數(shù)上很難區(qū)分故障與正常暫態(tài)狀態(tài).信號在小波變換下有兩個顯著的特點:小波變換將該信號所包含的頻率成份分解到不同的頻帶上;隨著尺度的增加,信號各個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)大小的兩個因素(復雜度和空間的充斥程度)相關.分別對電力系統(tǒng)故障和電容器開關合閘分閘的暫態(tài)電壓信號進行小波變換,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;電容器開關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,變化趨勢不定.考慮噪聲條件下的電弧故障的識別,采用小波消噪的方法.對消噪后的電壓信號分析得出:故障后的電壓信號的分形維數(shù)發(fā)生變化,小波