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1、基于小波变换的超高压输电线路故障选相新原理简介：介绍了连续小波变换定义、基于多分辨分析的 Mallat快速小波分解算法。根据超高压(EHV输电线路故障暂态电流的特点，提出了基于小波变换能量特征的故障选相新原 理和算法。借助MALAB/SIMULIN仿真分析软件，研究了一实际电网 EHV输电线路在区内不同 故障条件下选相原理的有效性。结果表明，该方案是可行的。关键字：超高压输电线路，故障选相，小波变换，暂态电流随着电力系统规模的日益扩大，要求继电保护切除故障的时间更短。基于故障工频分量的传统保护给超高压(EHV输电线路实现速动带来困难。20世纪90年代，英国Bath大学的Bo.Z.Q便提出新一代
2、电力继电保护思想暂态保护1(transient basedprotection ),这种保护可以很大限度地缩短保护时间。近年来，基于故障后产生的高频暂态分量的暂态保护得到了广泛的研究2-3，但关于暂态保护的故障选相原理却鲜有报道4。EHV输电线路发生故障后，准确、迅速地选择出故障相别，是暂态保护正确动作的前提。 因此，选相元件成为EHV系统保护中的重要组成部分，选相元件的准确性也是衡量继电保护 装置品质的重要标志。本文利用小波变换对 EHV俞电线路故障后产生的暂态电流进行分析，提出了基于模量小波变换能量特征的故障选相新原理。MALAB/SIMULIN仿真结果表明，该原理不受故障类型、故障时刻、
3、故障过渡电阻、故障位置的影响，能快速、可靠地选出故障相。1小波分析的原小波分析可以对信号进行多尺度分析，具有很强的特征提取功能，对暂态信号的处理优势尤为明显。它可以对暂态信号进行多分辨分析、时频分析、多尺度边缘检测等，利用小波分析使得对暂态信号的分析和识别更加快速和精确。同时，基于多分辨分析的小波变换快速算法类似于快速傅氏变换算法(FFT),具有较好的实时性。1.1 小波变换的定义如果W 6 L2(R)满足容许性条件则称 W为一个基小波，于是 L2(R)的信号f 的连续 小波变换定义为：式中，a, bCR, a>0o a为与频率对应的尺度参数， b为与时间对应的位 移参数。将尺度参数 a
4、和位移参数b离散，可得到离散小波变换。1.2 多分辨分析及小波分解快速算法5设Vj, 4 为一多分辨分析，若 L2(R)中的第j个闭子空间Vj (尺度空间)可以分 解为其子空间的直和形式，即波展开的有限和，代表信号的高频细节成分；fN-M(t)为信号的低频成分，是信号的逼近。按 Mallat塔式算法，有下列分解公式：设 hk, gk为与尺度函 数。和小波函数 W对应的二尺度关系序列，即对应于低通滤波器和 2基于小波变换的暂态电流故障选相原理当线路发生故障时，线路的 L1相、L2相和L3相中流过的暂态电流分别为 IL1 , IL2和 IL3。对于三相线路，由于各相之间的耦合，所以用模变换矩阵可将
5、三相线路解耦合成3个独立的模分量，分别为 I1 , I2和I0 ,且由前面的分析可知，小波变换具有一定的自适应能力，适合于各频段的信号提取。本文对暂态电流IL1 , IL2 , IL3和模分量11,12,10进行小波分析，用一固定窗内小波变换系 数的平方和来表征某一频带暂态电流在窗内的能量。式中：AT时间步长；j 尺度； WIm-一小波变换；Sj 频带j暂态信号在 窗口 M内的能量。所以可以得出，在固定时间窗 M内，L1相、L2相和L3相暂态电流的小波 能量分别为SL1, SL2和SL3,同理可得各模分量的小波能量分别为 S1, S2和S0,通过比较 其大小选择故障相。设 SL1,则故障选相原
6、理如图 1所示。3故障选相原理的 MALA昉真选取一 EHV俞电系统的简化仿真模型1,如图2所示，假定母线A, B, C对地电容均 为0.1科F,故障线路为线路 AR选取采样频率f=200 kz，小波函数选取 Daubechies的4 阶小波（db4）,选取第1个尺度参数（频率范围为50100 kz ）,取故障时刻起能量窗宽M=50Q即MA T=2.5 ms ,得到表1至表4中不同故障类型、不同故障初相角a、不同故障过渡电阻R、不同故障位置时，暂态电流及其模分量的小波能量和选相结果。从表 1至表4 可以看出，故障相暂态电流的小波能量与非故障相的小波能量差异很大，用来选相可靠性很高，且不受故障初
7、相角、故障位置以及过渡电阻的影响。4故障条件因素的影响4.1 故障初相角从表2的结果可以发现：电压过零时刻故障时， 暂态电流的小波窗能量最小；电压峰值时刻故障时，对应的小波窗能量最大。大量的仿真试验发现，任意时刻故障，利用小波变换这一有力的工具就可以正确选相。4.2 弧光过渡电阻弧光过渡电阻的存在会使得暂态电流的高频分量大大增加，因此弧光过渡电阻对于暂态保护是有利的。本文的仿真结果是，在最不利的情况下（过渡电阻为0.001 Q）,依然能够正确地选择出故障相。5结束语EHV俞电线路的故障暂态电流含有丰富的故障信息。本文在EHV输电线路单端量电流暂态保护的基础上，充分利用小波变换的滤波、去噪等优良性质，应用小波分析提取暂态电流 的高频成分，提出了一种基于小波变换的EHV俞电线路故障选相新原理。理论分析和仿真结果表明，该原理在不同的故障类型、不同故障时刻、不同过渡电阻、不同故障位置等条件下均能正确选相，具有良好的可靠性。