基于小波理论的电力系统故障检测方法研究

论文摘要

文本在探讨了小波变换的基本原理之后，就如何应用小波理论从电力系统故障暂态信号中较快速、精确地提取故障时刻及进行故障识别的方法展开研究，并对电力系统的谐波进行了分析。主要内容如下： 1．从工程应用的角度出发，进行信号的分解与重构、信号的奇异性检测、数据的压缩与重构、信号的消噪等若干方面的研究。对电力系统的故障特性做了进一步的研究，提出一种基于最佳小波包基的数据压缩方法；在信号的消噪处理中，提出一种基于小波系数的阈值估计方法，大大提高了数据压缩和信号消噪的效果。 2．由线路波动方程，阐述了行波的基本传播理论。描述了无损耗单相线路和三相无损换位线路的行波数学表达式，并根据行波的折反射原理利用网格法分析了故障行波的传输过程，推出了输电线路上的行波电压和行波电流的表达式。 3．通过对各种信号分析方法的比较，结合接地故障的信号特征，提出了基于小波包分析的故障选线思想，提出了基于小波包分析的暂态量故障选线新算法。对于新算法设计和应用中需要考虑的各种具体问题，如小波函数的选取、小波变换边界问题的处理、数据窗大小的选择等进行了定性和定量的分析，从而为更好地应用新算法和解决实际问题提供了理论指导。 4．从信号的奇异性出发，分析了信号奇异性检测的基本理论模极大值理论，并把信号的奇异性检测理论应用到电力系统暂态电流行波检测之中。通过对信号奇异性的检测和对信号的消噪，提取出了被检测信号的模极大值，进而实现了行波信号的故障测距。 5．利用小波变换是线性正交变换的特点，应用自适应小波算法进行了电力有源滤波器的谐波分析，并将提升小波算法应用于有源滤波器的高次谐波检测。 计算机仿真的结果和实际的试验结果都验证了本文的分析及综合方法的正确性和有效性，也表明了本文研究内容具有一定的推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 小波理论的发展概况
• 1.3 电力系统故障检测方法研究的意义
• 1.4 电力系统故障检测方法研究现状及存在问题
• 1.5 本文研究主要内容及创新点
• 1.5.1 本文研究主要内容
• 1.5.2 本文的创新点
• 2 小波理论的工程应用研究
• 2.1 引言
• 2.2 小波理论简介
• 2.2.1 连续小波变换
• 2.2.2 离散小波变换
• 2.2.3 多分辨率分析
• 2.2.4 Mallat算法
• 2.2.5 小波包分析
• 2.3 信号的分解
• 2.3.1 信号的分解
• 2.3.2 实际信号的小波分解
• 2.3.3 实际电力系统信号的多尺度分解
• 2.4 信号的奇异性检测理论
• 2.4.1 信号的奇异性
• 2.4.2 电力系统故障暂态信号的奇异性
• 2.4.3 信号奇异性检测
• 2.5 数据压缩与重构
• 2.5.1 最优基的选择
• 2.5.2 最优基的快速搜索算法
• 2.5.3 电力系统故障信号压缩和重构
• 2.5.4 数据压缩和重构的仿真
• 2.6 信号消噪
• 2.6.1 引言
• 2.6.2 噪声信号的小波变换特性
• 2.6.3 信号和噪声在小波变换下的差别
• 2.6.4 实用小波消噪算法
• 2.6.5 小波消噪中的阈值选取
• 2.6.6 阈值处理方法
• 2.6.7 仿真研究
• 2.7 小结
• 3 输电线路故障的行波过程研究
• 3.1 引言
• 3.2 输电线路故障分析
• 3.2.1 输电线路故障等效电路
• 3.2.2 输电线路故障分析
• 3.3 波过程的物理概念
• 3.3.1 分布参数等效电路
• 3.3.2 电流电压传播速度
• 3.3.3 电流电压关系
• 3.4 单相线路的波过程
• 3.4.1 波动方程及其解
• 3.4.2 无损耗单相线路的波过程
• 3.5 三相线路波动方程和相模变换
• 3.5.1 三相线路波动方程
• 3.5.2 相模变换
• 3.6 暂态行波分析的网格法
• 3.6.1 行波网格图
• 3.6.2 行波电压电流网格分析
• 3.7 小结
• 4 基于小波理论的故障选线研究
• 4.1 引言
• 4.2 己往选线算法的总结
• 4.3 基于小波包分析的故障选线方法研究
• 4.3.1 基本思想
• 4.3.2 具体算法
• 4.3.3 小波函数的选取
• 4.3.4 边界的处理
• 4.3.5 采样频率的确定和数据窗的选择
• 4.3.6 故障选线启动量的选择
• 4.4 仿真实例分析
• 4.4.1 仿真模型
• 4.4.2 算法选择
• 4.4.3 中性点经消弧线圈接地故障仿真及选线结果
• 4.4.4 结论
• 4.5 小结
• 5 基于小波理论的行波故障定位研究
• 5.1 引言
• 5.1.1 代数法
• 5.1.2 微分方程法
• 5.1.3 行波法
• 5.2 行波信号的小波分析
• 5.3 基于小波理论的行波测距
• 5.3.1 行波的检测
• 5.3.2 行波极性关系
• 5.3.3 行波信号的提取
• 5.3.4 行波信号的分析
• 5.4 小波测距算法的实现
• 5.4.1 小波基函数的选取
• 5.4.2 尺度选取
• 5.4.3 模极大值的探测
• 5.4.4 定位故障点
• 5.5 行波测距仿真研究
• 5.5.1 仿真模型及故障后状态
• 5.5.2 基本电力系统输电线路的测距结果
• 5.5.3 不同的故障电阻和故障距离的测距结果
• 5.5.4 复杂电力系统输电线路的测距结果
• 5.5.5 结论
• 5.6 小结
• 6 故障选线与故障定位装置及实验方法研究
• 6.1 引言
• 6.2 系统的总体结构实现研究
• 6.2.1 系统的总体结构设计
• 6.2.2 系统各部分的实现
• 6.3 故障数据处理的软件实现研究
• 6.3.1 程序总体流程图
• 6.3.2 故障选线子程序流程图
• 6.3.3 故障测距子程序流程图
• 6.4 现场实验研究
• 6.4.1 现场实验线路
• 6.4.2 现场实验方法
• 6.5 现场实验结果
• 6.5.1 故障选线实验结果
• 6.5.2 故障测距实验结果
• 6.6 小结
• 7 电力系统谐波检测技术研究
• 7.1 引言
• 7.1.1 谐波的含义及产生
• 7.1.2 电力系统谐波的危害
• 7.2 谐波的抑制
• 7.2.1 电力有源滤波器原理
• 7.2.2 电力有源滤波器关键技术
• 7.3 基于小波检测环节的APF
• 7.4 自适应小波算法的电力有源滤波器
• 7.4.1 改进LMS算法
• 7.4.2 基于小波算法的自适应滤波器
• 7.4.3 有源滤波系统的信号补偿方案
• 7.5 基于小波提升的电力谐波分析
• 7.5.1 引言
• 7.5.2 提升算法
• 7.5.3 提升格式的特点
• 7.5.4 提升算法的实现
• 7.5.5 基于提升小波的电流补偿方案
• 7.6 数字式谐波检测装置研究
• 7.6.1 系统的主要结构
• 7.6.2 TMS320F2812芯片的主要特点
• 7.6.3 电压、电流采集和信号处理
• 7.6.4 补偿分量的计算
• 7.6.5 系统软件的实现
• 7.6.6 试验结果分析
• 7.7 小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表的论文