基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，涉 及變壓器差動保護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有變壓器差動保護(hù)廣泛采用二次諧波制動判據(jù)，用于對變壓器勵磁涌流進(jìn)行識 另IJ。但實(shí)際運(yùn)行表明，二次諧波制動判據(jù)存在局限性，例如在差動電流為對稱性涌流時(shí)，其 二次諧波含量較低，會導(dǎo)致二次諧波制動判據(jù)失效而差動保護(hù)誤動;在變壓器帶高阻內(nèi)部 故障空載合閘時(shí)，差流中除故障電流外含有明顯勵磁涌流，會增大二次諧波含量，導(dǎo)致二次 諧波制動判據(jù)誤閉鎖差動保護(hù)?；陂g斷角原理和波形對稱原理的勵磁涌流判據(jù)也存在類 似局限性。
[0003] 近年來，針對上述傳統(tǒng)勵磁涌流識別方法應(yīng)用于變壓器差動保護(hù)的不足，研究者 提出了許多新的方法，大體分為兩類：
[0004] -類是引入電壓量，構(gòu)成電壓變化和差流變化(或磁通變化等)時(shí)間差的涌流識別 判據(jù)，但由于引入電壓量，因而需要考慮電壓互感器暫態(tài)特性，電壓互感器斷線故障時(shí)保護(hù) 需要退出。
[0005] 第二類是基于電流波形特征的涌流識別方法，例如，基于波形相關(guān)性的勵磁涌流 識別方法，基本點(diǎn)都是利用故障差流波形與正弦波貼近、而勵磁涌流與正弦波相差較大的 特點(diǎn)，輔助加以數(shù)學(xué)處理方法(數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、模糊集合理論、小波變換等)或是定義一個(gè)的相 關(guān)系數(shù)或波形系數(shù)，利用半個(gè)到一個(gè)周波的數(shù)據(jù)窗對差流波形與正弦的貼近度進(jìn)行一個(gè)計(jì) 算，根據(jù)計(jì)算值大小來確定是涌流還是故障差流。前者涉及到復(fù)雜數(shù)學(xué)分析方法，計(jì)算量大 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且對裝置硬件要求高；后者對差流波形平滑度要求較高，因此需要對其所含非周 期分量和諧波等干擾進(jìn)行濾波處理，在加上算法本身至少需要半個(gè)到一個(gè)周波時(shí)窗，因此 識別過程延時(shí)較長，在內(nèi)部故障時(shí)延時(shí)至少3/4個(gè)周波才能作出反應(yīng)。同時(shí)，以上算法對差 流序列采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)完整性要求較高，某些采樣點(diǎn)的丟失可能對算法結(jié)果影響很大，導(dǎo)致保 護(hù)誤判。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和 故障差流識別方法，該方法利用Hausdorff距離算法在波形相似性判別中的優(yōu)勢，對涌流、 包括對稱性涌流；以及故障差流、包括故障電流疊加典型涌流的波形形態(tài)整體特征的差別 進(jìn)行直接判斷，保證變壓器差動保護(hù)正確動作。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1:在一定的采樣率下，每周波N點(diǎn)，采集變壓器差動保護(hù)兩側(cè)電流互感器二次 電流并形成差流信號序列I;
[0010] 步驟2:判別步驟1中差流信號序列I的值是否超過差動保護(hù)啟動元件的整定值，若 超過，則啟動本發(fā)明所提判據(jù)進(jìn)行故障差流和勵磁涌流的判別；
[0011] 步驟3:對差流信號序列I采用1/4周波數(shù)據(jù)窗，即N/4個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行極值判斷獲取，若 獲取極值小于設(shè)定門檻，則判為勵磁涌流;若獲取極值大于設(shè)定門檻，則用該極值Ik作為基 準(zhǔn)，對差流信號序列I進(jìn)行標(biāo)幺化計(jì)算，形成標(biāo)幺化差流序列4 -,?^ι,Χ.^Ν 同時(shí)，形成幅值為1標(biāo)準(zhǔn)正弦波序列Bi，i = l，2,…N，序列B的極值與序列A的極值對應(yīng)；
[0012] 步驟4:將標(biāo)幺化后的差流序列A作為Hausdorff距離算法目標(biāo)圖形的邊緣特征點(diǎn)， 將幅值為1的標(biāo)準(zhǔn)正弦波序列B作為Hausdorff距離算法模板圖形的邊緣特征點(diǎn)，根據(jù)式 (1)、（2)和(3)計(jì)算出兩者之間的Hausdorff距離值序列Hi，i = l，2,…N;
[0013] 步驟5:將步驟4中Hi值與設(shè)定的Hausdorff距離門濫值Hset進(jìn)行比較，低于該門濫 值，則判為內(nèi)部故障，保護(hù)動作;高于該門檻值則判為勵磁涌流，閉鎖保護(hù)。
[0014] 采用Hausdorff距離算法對標(biāo)么化差動電流序列和標(biāo)準(zhǔn)正弦波序列進(jìn)行波形相似 度識別。
[0015] 本發(fā)明基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，技術(shù)效 果如下：
[0016] l:HaUSd0rff距離算法不涉及信號從時(shí)域到頻域的投射，因此時(shí)間窗的設(shè)置可以 更靈活。運(yùn)用到差動保護(hù)時(shí)只需1/4周波時(shí)間窗即可，一般情況5ms能作出正確判斷；1/4周 波時(shí)間窗的Hausdorff距離計(jì)算時(shí)間為DFT計(jì)算時(shí)間的1/3到1/2之間，本方案快速性好。
[0017] 2:本發(fā)明方法考慮的是波形整體特征的一致性，而對采樣點(diǎn)的時(shí)域?qū)R及采樣率 的統(tǒng)一性并沒有嚴(yán)格要求，在不更換已有采樣設(shè)備的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)差動保護(hù)范圍及策 略的靈活布置
[0018] 3:本發(fā)明方法比較整體波形，差動電流采樣序列中個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)的丟失，并不影響 其對圖形整體特征的判斷，具有很強(qiáng)的抗數(shù)據(jù)丟失能力，優(yōu)于實(shí)時(shí)采樣差動算法。
[0019] 4:本發(fā)明方法首先對差動電流序列進(jìn)行標(biāo)么化處理，只保留序列波形的整體特 征，因此不受差流序列中非周期分量和諧波分量干擾。
【附圖說明】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0021] 圖la是本發(fā)明標(biāo)幺化內(nèi)部故障差流與標(biāo)準(zhǔn)正弦波相似性比較圖；
[0022] 圖lb是本發(fā)明標(biāo)幺化空載合閘典型單向勵磁涌流與標(biāo)準(zhǔn)正弦波相似性比較圖； [0023]圖lc是本發(fā)明標(biāo)幺化空載合閘對稱性涌流與標(biāo)準(zhǔn)正弦波相似性比較圖；
[0024]圖Id是本發(fā)明標(biāo)幺化帶故障合閘故障電流疊加涌流與標(biāo)準(zhǔn)正弦波相似性比較圖。 [0025]圖2是本發(fā)明方法的流程圖。
[0026] 圖3是本發(fā)明的空載合閘單向典型勵磁涌流波形和判據(jù)Η值計(jì)算結(jié)果圖。
[0027] 圖4是本發(fā)明的對稱性涌流波形和判據(jù)Η值計(jì)算結(jié)果圖。
[0028] 圖5是本發(fā)明的故障電流疊加勵磁涌流波形和判據(jù)Η值計(jì)算結(jié)果圖。
[0029] 圖6是本發(fā)明的正常內(nèi)部故障差流波形和判據(jù)Η值計(jì)算結(jié)果圖。
[0030] 圖7是本發(fā)明的空載合閘后發(fā)生內(nèi)部故障差流波形和判據(jù)Η值計(jì)算結(jié)果圖。
[0031] 圖8是本發(fā)明的變壓器區(qū)外故障轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障差流波形和判據(jù)Η值計(jì)算結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，包括以下步驟：
[0033] 步驟1:在一定的采樣率下，每周波N點(diǎn)，采集變壓器差動保護(hù)兩側(cè)電流互感器二次 電流并形成差流信號序列I;
[0034] 步驟2:判別步驟1中差流信號序列I的值是否超過差動保護(hù)啟動元件的整定值，若 超過，則啟動本發(fā)明所提判據(jù)進(jìn)行故障差流和勵磁涌流的判別；
[0035]步驟3:對差流信號序列I采用1/4周波數(shù)據(jù)窗，即N/4個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行極值判斷獲取，若 獲取極值小于設(shè)定門檻，則判為勵磁涌流;若獲取極值大于設(shè)定門檻，則用該極值Ik作為基 準(zhǔn)，對纖彌臟匪胤臟繼臟^ ^ hk-%) ;
[0036]其中：N表不每周波米樣點(diǎn)數(shù)，Ii表不差流米樣信號，Ik表不1/4周波數(shù)據(jù)窗內(nèi)獲取 的差流序列極值，仏表示標(biāo)么化差流信號。k表示序列編號，一周波采樣80點(diǎn)，N = 80,四分之 一的周波就是20個(gè)點(diǎn)，k就可能使1到20中的一個(gè)。
[0037]同時(shí)，形成幅值為1標(biāo)準(zhǔn)正弦波序列Bi，i = l，2,…N，序列B的極值與序列A的極值 對應(yīng)；
[0038]步驟4:將標(biāo)幺化后的差流序列A作為Hausdorff距離算法目標(biāo)圖形的邊緣特征點(diǎn)， 將幅值為1的標(biāo)準(zhǔn)正弦波序列B作為Hausdorff距離算法模板圖形的邊緣特征點(diǎn)，根據(jù)式 (1)、（2)和(3)計(jì)算出兩者之間的Hausdorff距離值序列Hi，i = l，2,…N;
[0039] 步驟5:將步驟4中Hi值與設(shè)定的Hausdorff距離門濫值Hset進(jìn)行比較，低于該門濫 值，則判為內(nèi)部故障，保護(hù)動作;高于該門