摘 要:針對電力系統(tǒng)方式故障后產(chǎn)生的衰減直流分量會(huì)影響電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、暫態(tài)保護(hù)的問題,文章應(yīng)用小波包分解法提取出暫態(tài)故障信號(hào)中的衰減直流分量。文章介紹了用小波包分解法提取衰減直流分量的原理,利用Matlab軟件進(jìn)行仿真分析,用簡單的合成信號(hào)模擬故障信號(hào),成功的提取出了衰減的直流分量,并分析該方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:小波包分解;電力系統(tǒng);衰減直流;Matlab仿真
引言
暫態(tài)信號(hào)的識(shí)別、處理和利用是電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷、電能質(zhì)量分析的依據(jù),也是新一代繼電保護(hù)-暫態(tài)保護(hù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,信號(hào)中不僅含有基頻暫態(tài)分量,而且會(huì)產(chǎn)生大量諧波和衰減直流分量,直流成分的存在會(huì)對電壓、電流的測量精度和繼電保護(hù)的速度及準(zhǔn)確地造成不利影響。因此需要對故障后的衰減直流分量進(jìn)行濾除[2]。
文章介紹了用小波包頻帶分解法提取故障信號(hào)中的衰減直流分量的原理,利用Matlab軟件進(jìn)行仿真分析,用簡單的合成信號(hào)模擬故障時(shí)的信號(hào),驗(yàn)證了該方法能夠成功提取出電力系統(tǒng)暫態(tài)故障信號(hào)中的衰減直流分量。
1 小波包分解原理
小波變換是一種變尺度時(shí)頻分析方法,它是將原始信號(hào)與一個(gè)小波基函數(shù)進(jìn)行卷積,小波基函數(shù)在時(shí)頻兩域都具有局部化、可伸縮平移的性質(zhì)。因此,小波變換可將信號(hào)分解成不同頻帶與時(shí)段上的成分[3]。
在計(jì)算機(jī)處理信號(hào)時(shí)只能用常用量,在電網(wǎng)諧波分析中,常用離散小波包法(DWPT)。相比于離散小波變換法,DWPT不僅能對低頻信號(hào)進(jìn)行分解,對高頻信號(hào)也能進(jìn)行相應(yīng)分解,因此對信號(hào)的頻域能均勻分解。分解的各個(gè)頻帶寬度與采樣頻率fs及分解層數(shù)k有關(guān)。例如,對fs=2kHz的信號(hào)進(jìn)行小波包分解,分解的頻帶寬度Δω=fs/2k+1,第1層分解的各頻帶范圍(單位為Hz)為(0,500)、(500,1000)、(1000,1500)和(1500,2000)。
衰減直流分量屬于非周期分量,其頻率為0Hz,頻帶越接近0Hz,分解信號(hào)越接近衰減直流分量,頻帶越接近60Hz,分解信號(hào)越接近基波分量。故只要選擇合適的小波基,確定采樣率和分解層數(shù),就能提取出衰減直流成分。
2 仿真驗(yàn)證
文章用簡單的數(shù)學(xué)模型模擬故障時(shí)的信號(hào),在Matlab軟件中對該提取方法行進(jìn)仿真分析。衰減直流分量一般出現(xiàn)在電力系統(tǒng)故障信號(hào)中,用工頻為60Hz,幅值為1的正弦信號(hào)(即電力系統(tǒng)的基波)與衰減時(shí)間為10ms的衰減直流分量的合成信號(hào)f(t)=0.5*e-10 t+sin(2π*60*t)來表示故障信號(hào)。取時(shí)間長度為0.5s,合成的故障信號(hào)如圖1所示。
文章取采樣率為2560Hz,選取Meyer小波作為基函數(shù),對信號(hào)進(jìn)行6層小波包分解,則頻帶寬度為20Hz,分解得各頻帶范圍(單位為Hz)為(0,20)、(20,40)、(40,60)、(60,80)、…、(2520,2520)、(2540,2560)。頻帶0~20Hz包含0Hz,頻帶40~60Hz包含基頻,故可用頻帶1近似提取出衰減的直流分量(如圖2)。
從仿真結(jié)果可以看出,利用DWPT頻帶分解可以近似分離出信號(hào)中的衰減直流成分,但由于受邊緣效應(yīng)的影響,提取出的衰減直流分量首尾兩端存在較大誤差,這需要用適當(dāng)方法進(jìn)行優(yōu)化。此外,小波基函數(shù)和采樣率也會(huì)對其有一定影響,實(shí)際應(yīng)用時(shí)要加以考慮。
3 結(jié)束語
文章用離散小波包分解的方法可以提取出合成信號(hào)中的衰減直流成分,提取方法直觀,但受邊緣效應(yīng)的影響,提取出的信號(hào)兩端存在比較明顯的誤差,實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)用適當(dāng)方法優(yōu)化,并考慮小波基函數(shù)的選取和采樣率對該方法的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]何正友,錢清泉.電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的小波分析方法及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化學(xué)報(bào),2002,14(4):1-5.
[2]Wu Q H, Lu Z, Ji T Y.Protective relaying of power systems using mathematical morphology[M].Springer, 2009.
[3]任震.小波分析及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].北京:中國電力出版,2003.