探究小波分析理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

朱 嵐 唐天聰

（重慶旅游職業(yè)學(xué)院，409000）

小波變換理論是分析奇異突變信號(hào)、非平穩(wěn)變化信號(hào)的最佳理論，也是數(shù)值分析、樣條分析以及調(diào)和分析等多種分析手段綜合的最佳結(jié)果。由于其具備良好的時(shí)頻局部特性，因而在暫態(tài)信號(hào)、非平穩(wěn)信號(hào)處理方面有獨(dú)到之處。小波分析能夠從故障暫態(tài)分量中及時(shí)準(zhǔn)確提取故障信息，并且利用數(shù)據(jù)高速采集技術(shù)對(duì)暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，因此其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛。

1 電力系統(tǒng)故障檢測(cè)中的小波分析應(yīng)用

電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如果是三相短路方面的故障，其電信號(hào)仍然是連續(xù)的，如果是電壓?jiǎn)栴}，其導(dǎo)數(shù)就不是連續(xù)的。

信號(hào)的關(guān)鍵特征就是異變性與奇異點(diǎn)，正是由于小波變換具有較強(qiáng)的局部化特性，因此利用小波分析進(jìn)行信號(hào)奇異性研究具有很好的效果。通過(guò)實(shí)際分析可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生故障的信號(hào)奇異點(diǎn)與其小波變換模的極大值相對(duì)應(yīng)，正如小波變換在信號(hào)的一些特殊點(diǎn)上也存在極大值一樣。然而這兩個(gè)極大值點(diǎn)會(huì)在數(shù)值上存在差別，因此要通過(guò)一些手段進(jìn)行分析。

當(dāng)發(fā)生電力系統(tǒng)故障時(shí)，經(jīng)常會(huì)使電流幅值與電壓產(chǎn)生劇烈變化，這時(shí)正常信號(hào)發(fā)出的小波變換模的極大值就會(huì)小于故障信號(hào)發(fā)生的小波變換模極大值的數(shù)值。所以，研究人員可以依據(jù)保護(hù)范圍之內(nèi)電氣量額定值，對(duì)小波變換模極大值進(jìn)行門(mén)檻值的設(shè)置。[1]具體步驟為：一，當(dāng)小波變換模極大值在測(cè)量時(shí)比門(mén)檻值小時(shí)，則可以判斷其運(yùn)行正常；二，當(dāng)小波變換模極大值在測(cè)量時(shí)比門(mén)檻值大時(shí)，則可以判斷其存在故障，此時(shí)可以通過(guò)模極大值點(diǎn)對(duì)信號(hào)奇異點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)：如果信號(hào)奇異點(diǎn)存在，說(shuō)明電力系統(tǒng)存在故障，則該點(diǎn)即為故障發(fā)生的點(diǎn)；如果信號(hào)奇異點(diǎn)不存在，則說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行正常，也就說(shuō)明模極大值點(diǎn)越限的原因是由噪音而來(lái)。

由于運(yùn)行正常的電力系統(tǒng)在三相輸電線路的電壓幅值都是確定的，因此可以根據(jù)電壓幅值進(jìn)行門(mén)檻值的合理設(shè)定。

2 脈沖信號(hào)波形檢測(cè)中的小波分析應(yīng)用

傳統(tǒng)的方法在檢測(cè)脈沖信號(hào)時(shí)難以將波形信號(hào)的時(shí)域突變性體現(xiàn)出來(lái)，而小波變換分析理論則能夠很好地展現(xiàn)出脈沖信號(hào)的波形特征，因此將小波分析理論應(yīng)用在脈沖信號(hào)波形檢測(cè)中具有非常重要的作用。

目前，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行波形檢測(cè)通常是利用時(shí)域特性參數(shù)的檢測(cè)方法進(jìn)行。在典型狀況下，脈沖信號(hào)時(shí)域性幾乎都是在測(cè)量單位與一定尺度之上存在的，因而能夠通過(guò)脈沖對(duì)比或波形變化的手段來(lái)獲得。[2]進(jìn)行信號(hào)時(shí)域參數(shù)測(cè)量過(guò)程大致能分為兩個(gè)時(shí)期，即脈沖波形轉(zhuǎn)換時(shí)期與分析時(shí)期，因此可以從通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行脈沖過(guò)程的測(cè)量：（1）測(cè)量脈沖及脈沖變形，這一階段是脈沖波形轉(zhuǎn)換的初期；（2）對(duì)脈沖波形進(jìn)行分析，從而確定脈沖信號(hào)在特征值點(diǎn)的具體幅度；（3）判斷實(shí)際脈沖與一定精度下的脈沖波形特征值幅度對(duì)比狀況。

對(duì)脈沖進(jìn)行分析的關(guān)鍵就是參考脈沖波形，它是指以幅度值序列、公式以及圖形中的任一形式來(lái)定義的，而且充分滿(mǎn)足在待測(cè)信號(hào)產(chǎn)生整個(gè)過(guò)程的理想狀態(tài)。實(shí)際的脈沖波形與參考脈沖具有很高的相似度，然而由于在設(shè)備、工藝等方面的因素，導(dǎo)致參考脈沖波形與實(shí)際設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的波形還是存在一定差異的。[3]而通過(guò)全面分析脈沖遠(yuǎn)、近、中三點(diǎn)與低端、頂端信號(hào)狀況，就可以實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)檢測(cè)的目的。

由于脈沖信號(hào)具有一定的連續(xù)性，如果其發(fā)生突變或者變化頻率過(guò)大時(shí)，脈沖信號(hào)的小波尺度譜圖必定會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)尖峰，充分利用這一特征就能檢測(cè)脈沖的奇異性。而高斯噪聲的能量分布在時(shí)間尺度上時(shí)均勻的，因而在小波變換的尺度譜圖上不可能出現(xiàn)十分明顯的尖峰現(xiàn)象。因此可以說(shuō)，如果脈沖信號(hào)中含有高斯噪聲的話(huà)，利用小波變換方法進(jìn)行檢測(cè)具有良好的抵抗噪音的效果。

3 電網(wǎng)諧波檢測(cè)中的小波分析應(yīng)用

現(xiàn)階段電網(wǎng)諧波一般都是通過(guò)電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行檢測(cè)的，但由于這種儀器的價(jià)格過(guò)于昂貴，投入成本太高[4]。因此在測(cè)量電網(wǎng)諧波的過(guò)程中，利用成本低廉、便捷靈活的測(cè)量方式，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一般說(shuō)來(lái)，脈沖實(shí)際信號(hào)的平穩(wěn)性都不是很高，這種非平穩(wěn)信號(hào)的主要特性就是頻域、時(shí)域特性，而小波變換理論則是用于信號(hào)頻域分析的有效理論，其在低頻部分的時(shí)間分辨率較低、頻率分辨率較高，其在高頻部分的頻率分辨率較低、時(shí)間分辨率較高。所以，小波變換分析在諧波分析方面具有更精準(zhǔn)與更直觀的特點(diǎn)。

小波分析理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在以上三個(gè)方面，其在故障測(cè)距與變壓器保護(hù)方面同樣有著廣泛的應(yīng)用。小波分析在故障測(cè)距中對(duì)信號(hào)突變情況具有良好的檢測(cè)功能，而在變壓器保護(hù)方面，則能夠輕松對(duì)空載涌流進(jìn)行判斷，并且能夠輕動(dòng)分辨出故障電流與勵(lì)磁涌流。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，小波分析理論在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸體現(xiàn)出來(lái)。由于小波分析的方法精確、性能良好，因而對(duì)在電力系統(tǒng)故障檢測(cè)與電網(wǎng)諧波檢測(cè)等方面的應(yīng)用非常重要，其對(duì)于提升微機(jī)電力保護(hù)系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性，都具有不可替代的作用。

[1]張繼鋒，馮兵，商磊磊.基于小波分析的MT靜態(tài)效應(yīng)識(shí)別及校正[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014(04).

[2]周鑫鑫，小波分析及數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在電力系統(tǒng)故障暫態(tài)信號(hào)處理中的應(yīng)用[J].經(jīng)營(yíng)管理者,2010(07).

[3]趙廣超，湯金華，黃繼鋒，葛飛龍.小波分析在電力系統(tǒng)諧波治理中的應(yīng)用[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2011(02).

[4]周潮.基于小波理論的電力系統(tǒng)故障分析研究[J].科技視界，2013(26).