專利名稱:基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法。
背景技術(shù):
在高壓電網(wǎng)中,高壓線路上輸送的電流通常有數(shù)百安培甚至數(shù)千安培,這樣的大電流需要經(jīng)過CT (Current transformer,電流互感器)轉(zhuǎn)換為IA規(guī)格或5A規(guī)格的二次小電流,然后引入繼電保護裝置。正常情況下,CT的二次輸出電流可以真實的反映線路的一次電流。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生突變,故障電流產(chǎn)生基波幅值和相位的改變,但由于系統(tǒng)電感具有抑制電流突變的特性,因此故障電流中往往含有非周期性的衰減直流分量。由于非周期分量絕大部分不能通過線圈傳變到電流互感器副邊,因此會導致CT的鐵芯進入飽和區(qū),鐵芯磁導率迅速下降,勵磁阻抗減小,勵磁電流增加,使得一次側(cè)部分電流通過勵磁支路出現(xiàn)分流,從而導致CT 二次側(cè)電流出現(xiàn)較為嚴重的缺省,電流波形出現(xiàn)畸變,不能準確傳變一次側(cè)電流。近年來,國內(nèi)外學者總結(jié)了各種影響CT飽和程度的因素,但結(jié)論主要根據(jù)經(jīng)驗得至IJ。這些影響CT飽和程度的因素包括一次側(cè)電流波形、CT 二次側(cè)負載、鐵芯剩磁、電流互感器匝數(shù)以及故障情況( 故障起始角、故障距離和故障類型)。電力系統(tǒng)繼電保護中,電流差動保護由于其優(yōu)異性被廣泛應(yīng)用于變壓器、輸電線路和發(fā)電機等保護中。高壓輸電系統(tǒng)繼電保護裝置的可靠性是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的保證,當被保護線路發(fā)生區(qū)外故障時,很大的故障電流和衰減直流分量會導致CT很快發(fā)生飽和,從而使CT 二次側(cè)的電流波形發(fā)生畸變。由于兩側(cè)CT暫態(tài)響應(yīng)上的差異,在CT 二次側(cè)可能產(chǎn)生很大的差流,導致CT鐵心飽和進而造成繼電保護誤動、拒動或延時動作等現(xiàn)象。因此,為解決這一問題,需要及時的將CT飽和檢測出來,以便采取相應(yīng)的策略(如閉鎖)來防止CT飽和對繼電保護的影響。目前,用于CT飽和的檢測方法主要有以下幾種:差分法:依據(jù)二階差分、三階差分在奇異點處將會出現(xiàn)模極大值的原理,可以通過二階、三階差分法檢測差分電流中出現(xiàn)的模極大值,進而判別CT飽和的進飽和點和出飽和點。但是差分法容易受到噪聲干擾的影響,并且在輕度飽和的情況下難以檢測到出飽和點,故該算法穩(wěn)定性差。諧波比法:天津大學的賀家李教授等學者提出采用諧波比來檢測鐵心飽和。當CT未飽和時的諧波含量近似為零,而飽和時,由于二次側(cè)電流出現(xiàn)缺損和畸變,其結(jié)果等效于工頻電流疊加上了高次諧波的電流信號。因此,只要計算出二次電流中的諧波比,就能確定CT是否飽和。但是諧波比法不能實現(xiàn)實時檢測,同時,隨著電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用,電力系統(tǒng)中的諧波含量大大增加,將會影響諧波分析的計算結(jié)果,從而造成檢測錯誤。小波檢測法:小波檢測法也被廣泛應(yīng)用于檢測CT飽和。小波檢測法基于二次電流在CT進、出飽和點時出現(xiàn)奇異點的特征,信號的奇異性指數(shù)可以通過小波變換模極大值在不同尺度的數(shù)值計算出來,以此判別CT是否飽和。但是小波檢測法要求信號的采樣率較高,同時該方法對各類噪聲和微弱信號比較敏感,穩(wěn)定性和可靠性差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足,提供一種步驟簡單、延時小、抗噪性強以及準確度和穩(wěn)定性高的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,包括以下步驟:(I)采集CT 二次側(cè)的電流信號I1 ;(2)以fs的采樣頻率對步驟(I)中采集到的CT 二次側(cè)的電流信號I1進行采樣,得到CT 二次側(cè)電流信號I1在各采樣點處的采樣值;(3)利用基于形態(tài)學梯度小波理論的近似分析算子對CT 二次側(cè)電流信號I1各采樣點處的采用值進行處理,得到每個采樣點處的近似輸出信號X1 (n),然后利用基于形態(tài)學梯度小波理論的細節(jié)分析算子對近似輸出信號X1(H)進行處理,得到CT 二次側(cè)電流信號I1在每個采樣點處的細節(jié)輸出信號yjn);(4)利用數(shù)學形態(tài)學開閉運算對每個采樣點處的細節(jié)輸出信號yi(n)進行平滑處理,得到每個采樣點處的電流信號f;,然后利用數(shù)學形態(tài)學高帽變換對電流信號f;進行局部放大處理,得到每個采樣點處的電流輸出信號Tth(f;);(5)通過電流輸出信號TTH(f;)得到檢測結(jié)果T:將電流輸出信號TTH(f;)為非零值處采樣點對應(yīng)的檢測結(jié)果T設(shè)定為a,將電流輸出信號TTH(f;)為零值處采樣點對應(yīng)的檢測結(jié)果T設(shè)定為b ;(6)根據(jù)檢測結(jié)果T判斷CT 二次側(cè)的電流信號I1的進飽和點、出飽和點及飽和區(qū)域:若檢測結(jié)果為a處的采樣點的前一個采樣點的檢測結(jié)果為b,則檢測結(jié)果為a處的采樣點為進飽和點,若檢測結(jié)果為a處的采樣點的后一個采樣點處檢測結(jié)果為b,則檢測結(jié)果為a處的采樣點為出飽和點,其中檢測結(jié)果為a的采樣點區(qū)域為電流互感器二次側(cè)的電流信號I1的飽和區(qū)域。優(yōu)選的,所述步驟(3)中利用近似分析算子對CT 二次側(cè)電流信號I1進行近似處理,得到每個采樣點處的近似輸出信號X1 (n)為:X1 (n) =median {x0 (2n-l), x0 (2n), x0 (2n+l)} = ¥ 1 (x0) (n), n=l, 2,3...;x0(2n-l)、x0 (2n)和x0(2n+l)分別為CT 二次側(cè)電流信號I1在采樣點2n_l、2n和2n+l采樣點處的采樣值,median表示三個采樣值中的中間值。更進一步的,所述步驟(3)得到CT 二次側(cè)電流信號I1在每個采樣點處的細節(jié)輸出信號為:Y1 (n) =X0 (2n+k)-X1 (n)+X0 (2n_k) = W ' (x0) (n), n=l, 2,3...;其中X。(2n+k)和xQ (2n_k)分別為CT 二次側(cè)電流信號I1在采樣點2n+k和2n_k采樣點處的采樣值。更進一步的,所述k值為3。優(yōu)選的,所述步驟(4)中細節(jié)輸出信號71(11)通過數(shù)學形態(tài)學開閉運算進行平滑處理后得到每個采樣點處的電流信號f;為:
權(quán)利要求
1.基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,包括以下步驟: (1)采集CT二次側(cè)的電流信號I1 ; (2)以fs的采樣頻率對步驟(I)中采集到的CT二次側(cè)的電流信號I1進行采樣,得到CT 二次側(cè)電流信號I1在各采樣點處的采樣值; (3)利用基于形態(tài)學梯度小波理論的近似分析算子對CT二次側(cè)電流信號I1各采樣點處的采用值進行處理,得到每個采樣點處的近似輸出信號X1 (n),然后利用基于形態(tài)學梯度小波理論的細節(jié)分析算子對近似輸出信號X1(H)進行處理,得到CT 二次側(cè)電流信號I1在每個采樣點處的細節(jié)輸出信號yi(n); (4)利用數(shù)學形態(tài)學開閉運算對每個采樣點處的細節(jié)輸出信號yi(n)進行平滑處理,得到每個采樣點處的電流信號f;,然后利用數(shù)學形態(tài)學高帽變換對電流信號f;進行局部放大處理,得到每個采樣點處的電流輸出信號Tth(f;); (5)通過電流輸出信號TTH(f;)得到檢測結(jié)果T:將電流輸出信號TTH(f;)為非零值處采樣點對應(yīng)的檢測結(jié)果T設(shè)定為a,將電流輸出信號Tth(f;)為零值處采樣點對應(yīng)的檢測結(jié)果T設(shè)定為b ; (6)根據(jù)檢測結(jié)果T判斷CT二次側(cè)的電流信號I1的進飽和點、出飽和點及飽和區(qū)域: 若檢測結(jié)果為a處的采樣點的前一個采樣點的檢測結(jié)果為b,則檢測結(jié)果為a處的采樣點為進飽和點,若檢測結(jié)果為a處的采樣點的后一個采樣點處檢測結(jié)果為b,則檢測結(jié)果為a處的采樣點為出飽和點,其中檢測結(jié)果為a的采樣點區(qū)域為CT 二次側(cè)的電流信號I1的飽和區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述步驟(3)中利用近似分析算子對電流互感器二次側(cè)電流信號I1進行近似處理,得到每個采樣點處的近似輸出信號X1(H)為: X1 (n) =median {x0 (2n-l), x0 (2n), x0 (2n+l)} = ¥ 1 (x0) (n), n=l, 2,3...; x0(2n-l),x0(2n)和xQ(2n+l)分別為電流互感器二次側(cè)電流信號I1在采樣點2n_l、2n和2n+l采樣點處的采樣值,median表示三個采樣值中的中間值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述步驟(3)得到CT 二次側(cè)電流信號I1在每個采樣點處的細節(jié)輸出信號yi(n)為: Y1 (n) =x0(2n+k)-X1 (n)+x0 (2n-k) = w ' (x0) (n), n=l, 2, 3...; 其中X(l(2n+k)和X(l(2n-k)分別為CT 二次側(cè)電流信號I1在采樣點2n+k和2n_k采樣點處的采樣值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述k值為3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述步驟(4)中細節(jié)輸出信號71(11)通過數(shù)學形態(tài)學開閉運算進行平滑處理后得到每個采樣點處的電流信號f;為: Jr=^yio s+y\*s^ ^ yi°g = y\ g g,
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述步驟(4)中利用數(shù)學形態(tài)學高帽變換對電流信號f;進行局部放大處理后得到的每個采樣點處的電流輸出信號Tth(f;)為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述數(shù)學形態(tài)學結(jié)構(gòu)元素g為:g={0!, O2,…,Oh, O1, }。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述數(shù)學形態(tài)學結(jié)構(gòu)元素g為:g={0, 0,0}。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述步驟(2)中采樣頻率仁為4kHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,其特征在于,所述步驟(5)和步驟(6)中a的值為l,b的值為0,或a的值為0,b的值為I。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于形態(tài)學梯度小波的電流互感器飽和檢測方法,包括以下步驟(1)采集CT二次側(cè)的電流信號I1;(2)對I1進行采樣,得到I1在各采樣點處的采樣值;(3)利用基于形態(tài)學梯度小波理論的近似分析算子和細節(jié)分析算子依次對I1各采樣點處的采用值進行處理,得到I1在每個采樣點處的細節(jié)輸出信號y1(n);(4)利用數(shù)學形態(tài)學開閉運算對y1(n)進行平滑處理,得到電流信號fr,利用數(shù)學形態(tài)學高帽變換對fr進行局部放大處理,得到電流輸出信號TTH(fr);(5)通過TTH(fr)得到檢測結(jié)果T;(6)根據(jù)檢測結(jié)果T判斷CT二次側(cè)的電流信號I1的進飽和點、出飽和點及飽和區(qū)域。本發(fā)明的檢測方法具有步驟簡單、延時小、抗噪性強以及準確度和穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
文檔編號G01R31/00GK103245860SQ20131015038
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者吳青華, 何奇, 季天瑤, 李夢詩 申請人:華南理工大學