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1、第27卷第10期电力系统自动化Vol.27No.10452003年5月25日AutomationofElectricPowerSystemsMay.25,2003电力系统暂态信号分析中小波基的选择原则何正友,钱清泉(西南交通大学电气自动化研究所,四川省成都市610031)摘要:讨论了电力系统中常见的暂态信号分析应用,如电力暂态信号检测、去噪与数据压缩以及暂态信号定位等,对这些应用中小波基的选择原则进行了系统的分析研究。研究结果表明,具有高阶奇异性的电力暂态信号必须选择具有相当消失矩的小波基;低频载波中检测弱暂态,应尽量选择中心频率较高的小波基;窄带干扰中提取暂态信号,应选择过渡带窄且
2、具有良好分频能力的高阶小波;去噪、滤波和数据压缩方面,B系列小波具有更好的噪声抑制能力;电力系统故障暂态信号与峰值突变更接近,因此,在暂态信号定位时,一般应选择对称小波对故障暂态信号定位。应用中除选择恰当的小波基外,应根据被分析信号选择合适的分析尺度。关键词:小波变换;小波基;暂态信号;尺度;定位中图分类号:TM7110引言电网、线路或设备正常运行的扰动暂态,如影响电能质量的振荡暂态、脉冲暂态,电力电子开关设备动作小波变换与傅里叶变换只有一种函数或变换核及非线性设备运行等引起的噪声等;另一类是由于不同,它不具有单一性,理论上有无限多种小波基或线路或设备异常所产生的故障暂态,如故障行波
3、暂变换核,可以满足各种问题的需要,但是,必须根据态、电弧故障暂态等。扰动暂态的持续时间应视不同具体问题选择合适的小波基,否则就难以达到满意的产生原因而不同。的效果。例如,一些小波基对突变信号是好的,但对故障暂态包括输电线路暂态和设备故障暂态,非突变信号却是坏的。小波基的许多性质是相互关其中高压输电线路故障时产生的高频故障分量包含联和制约的,因此在选择小波基时,不能脱离应用对[1,2]相当宽的频率范围,从直流分量到几百千赫的高频象和分析问题的侧重点。分量,它的产生主要有以下3个方面的原因:由于电力暂态信号分析处理中的小波基的选择,到故障瞬间相当于在故障点加上一个与故障前瞬间大目前为止
4、还没有一个统一的模型,使得在所选的小小相同、方向相反的电源,造成线路电压的突变,而波基上,暂态信号分解的小波系数能量最集中,检这一突变信号在频域中即包含整个频谱;由于线测、定位效果皆佳。一般说来,在电力暂态信号的小路的分布参数造成电压和电流行波的来回折射、反波分析中,根据暂态信号的来源和分析应用的目的,射及透射,导致电压或电流在暂态过程中波形畸变,小波基的选择应考虑以下几个方面:计算速度、信号在频域中也反映为较宽频带的高频分量;由于短的重构精度、小波基的衰减性、相位特性、时频分辨路造成的弧光产生的弧光电路的非线性,直接产生率、去噪能力、正交性等,在分析高阶奇异性时必须了大量频率范围
5、较大的高频分量。考虑小波基的消失矩等。基于以上分析,根据部分电力暂态信号的实测本文重点就电力暂态信号检测中高阶奇异信号[4]记录分析,电力系统暂态可以由衰减暂态和振荡检测、低频载波中检测暂态、窄带干扰中检测暂态、衰减暂态来模拟,噪声可以用Guass白噪声模拟。故障定位和暂态数据去噪等应用中小波基的选择原因此,本文部分仿真分析中暂态信号由衰减暂态和则进行分析研究。振荡衰减暂态来模拟。1电力系统暂态信号的来源及特征2高阶奇异信号的检测[3]电力系统暂态可分为两大类,一类是不影响电力系统暂态信号一般为连续信号,且具有高阶奇异性。小波变换能够检测信号或函数的突变点,收稿日期:2002-08-
6、02;修回日期:2002-12-28。不但如此,小波变换还能检测信号中的高阶奇异点。国家自然科学基金资助项目(59977019);四川省应用基础研通过构造分别具有一、二、三阶奇异性的特征信号,究基金资助项目(02GY029-039)。对这3种信号选用具有不同阶消失矩的小波对其进电力系统自动化462003,27(10)行仿真分析,考察具有高阶奇异性的电力故障信号度时的小波对信号滤波,检测能力与小波的幅频特分析中应选择具有相应特性的小波基。性有关(如中心频和频宽),而与小波的对称性、正交仿真结果表明,不具有消失矩的小波(Haar小性、紧支性等基本无关。波)不能检测高阶奇异点,具有低阶消失
7、矩的小波对d.衰减暂态和振荡衰减暂态在各尺度时表现高阶奇异点不易检测,而具有高阶消失矩的小波很出不同的对称性(前后两个负模极大值的大小关容易探测出高阶奇异点,当然,也能探测低阶奇异系),这对暂态信号的分类有利。连续小波变换可以点。这与奇异信号的小波分析理论相吻合。另外,大观察和分析任意尺度的变换结果,不同尺度对暂态量的仿真实验发现,增加小波变换的尺度时,不具有信号的检测能力不同,因此,正确选择小波与检测尺消失矩或具有低阶消失矩的小波也能检测信号更高度可有效
