中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，本發(fā)明對母線三相電壓和零序電壓信號進行分析來檢測系統(tǒng)的鐵磁諧振故障，本發(fā)明以基于經(jīng)驗模態(tài)分解(EMD)的Hilbert變換(HHT)為核心，結合FFT變換，先對三相電壓和零序電壓信號進行FFT分析，再進行HHT分析，最后由三維Hilbert譜得出鐵磁諧振發(fā)生的時刻及鐵磁諧振過電壓幅值大小，實現(xiàn)鐵磁諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析。本發(fā)明采用HHT信號分析法徹底擺脫了線性和平穩(wěn)性束縛，即可實現(xiàn)電壓信號的頻域分析，同時又可進行時域分析；進行HHT分析時采用RBF-點對稱延拓法結合鏡像延拓法改善HHT的端點效應，避免模態(tài)重疊。
【專利說明】中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全性分析領域，涉及一種中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障 檢測方法。

【背景技術】
[0002] 中性點不接地系統(tǒng)中包含有許多電感、電容性元件（如變壓器、互感器等的電感； 輸電線路的對地電容及相間電容），可W構成一系列不同頻率的振蕩回路。在該些回路中， 電壓互感器（簡稱PT)是鐵芯電感元件，如果有某種大的擾動或操作，PT的非線性鐵芯就 可能飽和，從而與線路和設備的對地電容形成特殊的單相或H相共振回路，激發(fā)起持續(xù)的 較高幅值的鐵磁諧振過電壓。諧振時出現(xiàn)的異常過電壓和過電流引起絕緣閃絡、避雷管爆 炸、設備損壞，嚴重時造成停電事故，嚴重威脅電網(wǎng)安全運行。鐵磁諧振的理論分析和計算 主要有：
[0003] (1)圖解法、相平面法，多在對鐵磁諧振發(fā)生機理進行定性的分析；
[0004] (2)用非線性系統(tǒng)的分析法對諧振電路進行分析，如幅頻法、平均法、諧波平衡法 等；
[0005] (3)國外學者把鐵磁諧振與非線性動態(tài)系統(tǒng)和混沛分析結合起來，將分叉理論、奇 異和非奇異吸引子的概念引入鐵磁諧振的研究領域，利用功率譜密度和鹿加萊映射的方法 和數(shù)字仿真技術對其進行動態(tài)分析；
[0006] (4)用數(shù)字仿真方法對鐵磁諧振進行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)計算。
[0007] 到目前為止，國內對于鐵磁諧振的數(shù)值計算研究可分為兩大類：
[0008] (1)在建立的數(shù)學模型基礎上，用一些擬定的參數(shù)進行計算得出有關PT諧振的規(guī) 律；
[0009] (2)采用國外的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算程序（EMTP)，對實際系統(tǒng)進行仿真計算。 但該程序實際上沒有?？卺槍﹁F磁諧振現(xiàn)象的計算，所W仿真效果并不理想，并且該程序 的使用和維護都很復雜。因此，有必要對配電網(wǎng)中的鐵磁諧振故障進行研究，并提出中性點 不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，幫助運維檢修人員進行分析。


【發(fā)明內容】

[0010] 為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振 故障檢測方法。
[0011] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得W解決的：
[0012] 一種中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，包括W下步驟：
[0013] 步驟一，故障錄波儀記錄故障時母線H相電壓和零序電壓信號U。；
[0014] 步驟二，對步驟一中記錄下的母線H相電壓和系統(tǒng)中性點U。電壓進行快速傅氏變 換（FFT)，得到信號所含頻率成分，構造出指定帶寬的濾波器，對信號進行濾波，使各頻率成 分分開，初步判斷單相接地故障和鐵磁諧振故障；
[0015] 步驟H，對經(jīng)過步驟二處理的H相電壓信號和零序電壓信號通過經(jīng)驗模態(tài)分解 (EMD)分解為若干個固有模態(tài)函數(shù)IMF,再對每個IMF進行Hilbed變換，得到每個IMF隨 時間變化的瞬時頻率和瞬時幅值，構建信號的時間-頻率-能量分布即H維化化ed譜，實 現(xiàn)鐵磁諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析。
[0016] 更優(yōu)的是，所述的步驟一中，至少要記錄故障前tl砂到故障后t2砂期間的母線H 相電壓和零序電壓波形，其中tl G [0. 1,0. 2]，t2 G巧.0,3. 0]。
[0017] 更優(yōu)的是，所述的步驟二中，初步判斷單相接地故障和鐵磁諧振故障的依據(jù)是中 性點不接地系統(tǒng)單相接地故障在故障發(fā)生的0. Is內只含有50化的頻率分量，鐵磁諧振的 0. Is內波形發(fā)生崎變，包含有很多相同頻率的諧波，并能在W后的時間內逐漸進入穩(wěn)定的 長久諧振或者諧振后自行消失。
[0018] 更優(yōu)的是，所述的步驟H中，運用相似系數(shù)法從一組IMF中提取出能表征原信號 主要特征的主模態(tài)分量。
[0019] 更優(yōu)的是，所述的步驟H中，對得到的每個IMF隨時間變化的瞬時頻率和瞬時幅 值進行最小二乘法擬合與均值運算，得到各分量的頻率和幅值。
[0020] 更優(yōu)的是，所述的步驟H中，H相電壓信號和零序電壓信號進行HHT分析的步驟 如下：
[0021] 1)記原始電壓信號為X (t)，對于任意電壓信號X (t)，經(jīng)驗模態(tài)分解EMD分解過程 如下：
[002引 （1)找到信號X (t)的所有極大值和極小值點，分別用曲線擬合，得到X (t)的上包 絡線Ui (t)和下包絡線U 2似；
[002引 似上、下包絡線的平均值記為m(t)，則m的二非'1的+化的]，并令h(t)= X (t)-m (t)，則 h (t)為一個近似的 IMF ;
[0024] 做將h(t)作為新的x(t)，重復（1)、似操作，直到h(t)滿足IMF條件停止，此 時得到第一階IMF記作Cl (t);
[002引 （4)將r(t) =x(t)-ci(t)作為新的x(t)，重復W上過程，依次得到第二階、第立階 巧 IMF分量，……，最終可得電壓信號二；其中，r(t)稱為殘余函數(shù)， k=l 代表信號的平均趨勢；
[002引 2)對所有的IMF進行Hi化ert變換，記Xi (t)二Ci (t)，Xi (t)的Hi化ert變換 OO OO 為：?/佩二主/ 反變換則為正倘=i /葦學如，因化對原電壓信號經(jīng) -OO -OO 過EMD分解得到的每個IMF分量做化化ed變換后，就能得到每個IMF分量的解析式： -啦）二馬的+J?/''的二a啦)巳抑制，Si (t)為每個IMF分量隨時間變化的瞬時幅值， 白心）為相角，貝IJ每個IMF分量隨時間變化的瞬時頻率為乂'的=去^^。
[0027]扣根據(jù)每個IMF分量的瞬時頻率和瞬時幅值，構建電壓信號的時間-頻率-能量 分布即H維Hilbed譜，實現(xiàn)鐵磁諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析。
[0028] 更優(yōu)的是，所述的步驟H中，HHT分析時通過RBF-點對稱延拓法結合鏡像延拓法 改善HHT的端點效應。
[0029] 綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有W下優(yōu)點：
[0030] 1、傳統(tǒng)的鐵磁諧振判別方法，如傅立葉變換只能處理線性、平穩(wěn)的電壓信號，小波 變換在實際算法實現(xiàn)中只能處理線性非平穩(wěn)電壓信號。本發(fā)明采用HHT信號分析法徹底擺 脫了線性和平穩(wěn)性束縛，即可實現(xiàn)電壓信號的頻域分析，同時又可進行時域分析。
[0031] 2、先采用FFT分析法初步判別單相接地和鐵磁諧振，再用基于經(jīng)驗模態(tài)分解 (EMD)的HHT分析法檢測出基頻諧振、分頻諧振及高頻諧振，并由H維化化ed譜得出鐵磁 諧振發(fā)生的時刻及鐵磁諧振過電壓幅值大小。
[0032] 3、對電壓信號進行HHT分析時采用RBF-點對稱延拓法結合鏡像延拓法改善HHT 的端點效應，避免模態(tài)重疊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)該些附圖獲得其他的附圖。
[0034] 圖1為本發(fā)明的工作流程圖；
[00巧]圖2為本發(fā)明的算法流程圖。

【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細闡述，W使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能 更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0037] 本發(fā)明的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法的具有W下優(yōu)點：
[0038] 1、傳統(tǒng)的鐵磁諧振判別方法，如傅立葉變換只能處理線性、平穩(wěn)的電壓信號，小波 變換在實際算法實現(xiàn)中只能處理線性非平穩(wěn)電壓信號。本發(fā)明采用HHT信號分析法徹底擺 脫了線性和平穩(wěn)性束縛，即可實現(xiàn)電壓信號的頻域分析，同時又可進行時域分析。
[0039] 2、先采用FFT分析法初步判別單相接地和鐵磁諧振，再用基于經(jīng)驗模態(tài)分解 (EMD)的HHT分析法檢測出基頻諧振、分頻諧振及高頻諧振，并由H維化化ed譜得出鐵磁 諧振發(fā)生的時刻及鐵磁諧振過電壓幅值大小。
[0040] 3、對電壓信號進行HHT分析時采用RBF-點對稱延拓法結合鏡像延拓法改善HHT 的端點效應，避免模態(tài)重疊。
[0041] 實施例：一種中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，包括W下步驟：
[0042] 步驟一，故障錄波儀記錄故障時母線H相電壓和零序電壓信號U。；至少要記錄故 障前tl砂到故障后t2砂期間的母線H相電壓和零序電壓波形，其中tl G [0. 1,0.2]， t2 G [2. 0,3. 0]；
[0043] 步驟二，對步驟一中記錄下的母線H相電壓和系統(tǒng)中性點U。電壓進行快速傅氏變 換（FFT)，得到信號所含頻率成分，構造出指定帶寬的濾波器，對信號進行濾波，使各頻率成 分分開，初步判斷單相接地故障和鐵磁諧振故障；初步判斷單相接地故障和鐵磁諧振故障 的依據(jù)是中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障在故障發(fā)生的0. Is內只含有50化的頻率分量， 鐵磁諧振的0. Is內波形發(fā)生崎變，包含有很多相同頻率的諧波，并能在W后的時間內逐漸 進入穩(wěn)定的長久諧振或者諧振后自行消失。
[0044] 步驟H，對經(jīng)過步驟二處理的H相電壓信號和零序電壓信號通過經(jīng)驗模態(tài)分解 (EMD)分解為若干個固有模態(tài)函數(shù)IMF,再對每個IMF進行Hilbed變換，得到每個IMF隨 時間變化的瞬時頻率和瞬時幅值，構建信號的時間-頻率-能量分布即H維化化ed譜，實 現(xiàn)鐵磁諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析；
[0045] 運用相似系數(shù)法從一組IMF中提取出能表征原信號主要特征的主模態(tài)分量；
[0046] 對得到的每個IMF隨時間變化的瞬時頻率和瞬時幅值進行最小二乘法擬合與均 值運算，得到各分量的頻率和幅值；
[0047] H相電壓信號和零序電壓信號進行皿T分析的步驟如下：
[004引1)記原始電壓信號為X (t)，對于任意電壓信號X (t)，經(jīng)驗模態(tài)分解EMD分解過程 如下：
[004引 （1)找到信號X (t)的所有極大值和極小值點，分別用曲線擬合，得到X (t)的上包 絡線Ui (t)和下包絡線U 2似；
[0050] 似上、下包絡線的平均值記為m(t)，則m的=|[巧的+巧削，并令h(t)= X (t)-m (t)，則 h (t)為一個近似的 IMF ;
[0051] 做將h(t)作為新的x(t)，重復（1)、似操作，直到h(t)滿足IMF條件停止，此 時得到第一階IMF記作Cl (t);
[005引 （4)將r(t) =x(t)-ci(t)作為新的x(t)，重復W上過程，依次得到第二階、第；階 巧 IMF分量，……，最終可得電壓信號X的二玄邱的+ r閑，其中，r(t)稱為殘余函數(shù)， A-=I 代表信號的平均趨勢；
[005引。對所有的IMF進行Hi化ert變換，記Xi (t) = Ci (t)，Xi (t)的Hi化ert變換 為：?/佩二主/ ￥^^如，反變換則為取'的=主7學聳dT，因此，對原電壓信號經(jīng) -OO -OO 過EMD分解得到的每個IMF分量做HHbed變換后，就能得到每個IMF分量的解析式： 2；;的=正啦）+ = a'.(f)e州的，ai(t)為每個IMF分量隨時間變化的瞬時幅值， 白心）為相角，貝IJ每個IMF分量隨時間變化的瞬時頻率為知亡）二去馬駕!^。
[0054]扣根據(jù)每個IMF分量的瞬時頻率和瞬時幅值，構建電壓信號的時間-頻率-能量 分布即H維Hilbed譜，實現(xiàn)鐵磁諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析。
[00巧]HHT分析時通過RBF-點對稱延拓法結合鏡像延拓法改善HHT的端點效應。
[0056] W上僅僅W-個實施方式來說明本發(fā)明的設計思路，在系統(tǒng)允許的情況下，本發(fā) 明可W擴展為同時外接更多的功能模塊，從而最大限度擴展其功能。
[0057] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的 保護范圍應該W權利要求書所限定的保護范圍為準。
【權利要求】
1. 一種中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一，故障錄波儀記錄故障時母線三相電壓和零序電壓信號Utl; 步驟二，對步驟一中記錄下的母線三相電壓和系統(tǒng)中性點Utl電壓進行快速傅氏變換 (FFT)，得到信號所含頻率成分，構造出指定帶寬的濾波器，對信號進行濾波，使各頻率成分 分開，初步判斷單相接地故障和鐵磁諧振故障； 步驟三，對經(jīng)過步驟二處理的三相電壓信號和零序電壓信號通過經(jīng)驗模態(tài)分解（EMD) 分解為若干個固有模態(tài)函數(shù)MF，再對每個IMF進行Hilbert變換，得到每個IMF隨時間變 化的瞬時頻率和瞬時幅值，構建信號的時間-頻率-能量分布即三維Hilbert譜，實現(xiàn)鐵磁 諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析。
2. 根據(jù)權利要求1所述的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于，所 述的步驟一中，至少要記錄故障前tl秒到故障后t2秒期間的母線三相電壓和零序電壓波 形，其中tle[〇· 1，〇·2]，t2e[2·0,3·0]。
3. 根據(jù)權利要求1所述的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于，所 述的步驟二中，初步判斷單相接地故障和鐵磁諧振故障的依據(jù)是中性點不接地系統(tǒng)單相接 地故障在故障發(fā)生的0.Is內只含有50Hz的頻率分量，鐵磁諧振的0.Is內波形發(fā)生畸變， 包含有很多相同頻率的諧波，并能在以后的時間內逐漸進入穩(wěn)定的長久諧振或者諧振后自 行消失。
4. 根據(jù)權利要求1所述的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于，所 述的步驟三中，運用相似系數(shù)法從一組頂F中提取出能表征原信號主要特征的主模態(tài)分 量。
5. 根據(jù)權利要求1所述的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于，所 述的步驟三中，對得到的每個IMF隨時間變化的瞬時頻率和瞬時幅值進行最小二乘法擬合 與均值運算，得到各分量的頻率和幅值。
6. 根據(jù)權利要求1所述的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于，所 述的步驟三中，三相電壓信號和零序電壓信號進行HHT分析的步驟如下： 1) 記原始電壓信號為X(t)，對于任意電壓信號X(t)，經(jīng)驗模態(tài)分解EMD分解過程如 下： (1) 找到信號x(t)的所有極大值和極小值點，分別用曲線擬合，得到x(t)的上包絡線 Mt)和下包絡線Mt); (2) 上、下包絡線的平均值記為m(t)，則m(i) = +t'2(i)]，并令h(t)= x(t)-m(t)，則h(t)為一個近似的IMF; ⑶將h(t)作為新的x(t)，重復（1)、⑵操作，直到h(t)滿足IMF條件停止，此時得 到第一階IMF記作C1⑴； (4)將r(t)=X (t)-C1 (t)作為新的X(t)，重復以上過程，依次得到第二階、第三階MF η 分量，……，最終可得電壓信號=ΣA⑷+Mi)，其中，r(t)稱為殘余函數(shù)，代表 k=l 信號的平均趨勢； 2) 對所有的IMF進行Hilbert變換，記Xi (t) =Ci (t)，Xi⑴的Hilbert變換為： 識(?) = 士 7gdT·，反變換則為而·⑷7 @dr，因此，對原電壓信號經(jīng) -OO-OO 過EMD分解得到的每個MF分量做Hilbert變換后，就能得到每個MF分量的解析式：々'(/:)=而⑷+加⑴=ajt)為每個IMF分量隨時間變化的瞬時幅值， Si⑴為相角，貝IJ每個MF分量隨時間變化的瞬時頻率為上⑷=士^^〇 3)根據(jù)每個IMF分量的瞬時頻率和瞬時幅值，構建電壓信號的時間-頻率-能量分布 即三維Hilbert譜，實現(xiàn)鐵磁諧振類型、幅值、誘發(fā)時刻的準確定量分析。
7.根據(jù)權利要求1所述的中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振故障檢測方法，其特征在于，所 述的步驟三中，HHT分析時通過RBF-點對稱延拓法結合鏡像延拓法改善HHT的端點效應。
【文檔編號】G01R31/00GK104237683SQ201410441696
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】何菲, 孫志, 陳國珍, 王倩, 蔣浩 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司泰州供電公司, 東南大學