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1、第38卷第18期Vol.38No.182014年9月25日Sept.25,2014DOI:10.7500/AEPS20130831009基于能量信息的變壓器勵磁涌流識別方法黃少鋒,申洪明,劉欣,趙遠(新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室,華北電力大學(xué),北京市102206)摘要:目前電力變壓器差動保護的主要問題仍是如何準(zhǔn)確識別勵磁涌流與內(nèi)部故障。勵磁涌流中包含大量諧波分量,各諧波分量除幅值、頻率信息之外還包括能量信息。文中基于Prony算法給出了一種能量表達式,在此能量表達式下發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障時基波的能量與二次諧波能量之比遠大于勵磁涌流時基波能量與二次諧波能量之比,因此可以利用此特征區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)
2、部故障。最后仿真驗證了該方法的有效性及與傳統(tǒng)識別方法相比所具有的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:Prony算法;內(nèi)部故障;勵磁涌流;諧波能量;變壓器;差動保護0引言涌流時,其二次諧波的幅值較大;內(nèi)部故障時二次諧波幅值較小。衰減速度方面,勵磁涌流時二次諧波電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)[6]的衰減速度與基波的衰減速度相當(dāng);而內(nèi)部故障備,變壓器發(fā)生故障將對供電的可靠性和系統(tǒng)的正時二次諧波衰減速度遠遠大于基波的衰減速度?;_\行帶來嚴(yán)重的影響,因而人們對變壓器保護進于上述特點提出了二次諧波制動原理。但二次諧波行了大量研究。但變壓器保護的正確動作率一直不制動原理僅比較二次諧波與基波的幅值,并未對衰太理想。對于
3、目前普遍應(yīng)用的變壓器差動保護而減速度進行比較。言,如何有效避免勵磁涌流引起的差動保護誤動一[1-6]通過上面的分析可以看出,勵磁涌流時二次諧直是研究的熱點。波無論在幅值還是衰減速度方面都與內(nèi)部故障時相現(xiàn)有的勵磁涌流識別方案包括二次諧波制動原[1]差較大。因此構(gòu)建一個既包含幅值信息,又包含衰理和間斷角閉鎖原理。但這兩種方案都存在弊減信息的指標(biāo),將會更加容易區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部端,如系統(tǒng)中二次諧波含量減小時,將導(dǎo)致二次諧波故障。下面基于Prony算法構(gòu)建能量表達式,利用制動原理失效;隨著無功補償裝置的影響,變壓器能量的信息識別勵磁涌流和內(nèi)部故障。內(nèi)部故障時,二次諧波含量可能達到15%左右。另1.2
4、Prony算法外某些情況下,三相涌流的間斷角將會消失或者變Prony算法的基本原理是使用一系列指數(shù)函數(shù)得很小,也會導(dǎo)致基于間斷角原理的涌流閉鎖算法的線性組合來描述等間隔采樣數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型,非靈敏度下降。常適合分析電力系統(tǒng)暫態(tài)變量,已在電力系統(tǒng)中得本文基于Prony算法給出了一種能量表達式,[7]到廣泛應(yīng)用。Prony算法采用的數(shù)學(xué)模型為一組在此表達式下變壓器在不同狀態(tài)下各次諧波分量的能量有很大的差異。其中,內(nèi)部故障時基波的能量p個具有任意幅值、相位、頻率與衰減因子的指數(shù)函[8]數(shù),其離散時間的數(shù)學(xué)形式為:與二次諧波能量之比遠大于勵磁涌流時基波能量與p二次諧波能量之比。通過設(shè)定一個合理的門檻值
5、,nx′(n)=∑bizi(1)利用基波能量與二次諧波能量之比就能很好地識別i=1θji(2)出勵磁涌流和內(nèi)部故障。該方法在勵磁涌流二次諧bi=Aie(α)Δt波較低、內(nèi)部故障二次諧波較高時也能正確識別。zi=ei+j2πfi(3)式中:n=0,1,…,N-1,N為一周期采樣點數(shù);bi,1新判據(jù)的基本原理zi為復(fù)數(shù);fi為信號頻率,既可以是50Hz的整數(shù)1.1不同工況下電流特征分析倍,也可以是非整數(shù)次倍;Δt為采樣間隔;Ai,θi,αi相對于基波而言,幅值方面,當(dāng)變壓器發(fā)生勵磁分別表示信號的幅值、相位、衰減因子。全周期傅里葉算法中除衰減的直流分量外,認(rèn)為其余分量的αi收稿日期:2013-08
6、-31;修回日期:2014-01-05。都為0,即其余的分量都是不衰減的,但Prony算法—110—·研制與開發(fā)·黃少鋒,等基于能量信息的變壓器勵磁涌流識別方法認(rèn)為其余分量也是衰減的。因此,Prony算法更加在特殊工況下,勵磁涌流時二次諧波的含量可準(zhǔn)確。fi,Ai,θi,αi可以通過一定的算法分別予以能相對較低,而內(nèi)部故障時二次諧波含量相對較高。求解,限于篇幅,在此不再贅述。但勵磁涌流時二次諧波衰減較慢,而內(nèi)部故障時二定義能量Ei的大小為:次諧波衰減速度很快??紤]到能量不僅僅與幅值有N-1關(guān),而且也與衰減速度相關(guān),所以勵磁涌流時二次諧2(eαinΔt)2(4)Ei=Ai∑波能量與基波能量的比
7、值仍然大于內(nèi)部故障時二次n=0式(4)中的未知量可以通過Prony算法求出[9]。諧波與基波的比值。即在對保護最不利的工況下,通過式(4)可知,能量不但與信號的幅值有關(guān),而且新判據(jù)仍然成立。與信號的衰減因子有關(guān),是一個關(guān)于時間的累積量,3MATLAB仿真分析本文定義其為具有能量信息的無量綱變量。3.1仿真模型2新的涌流識別方法的提出本文基于MATLAB進行仿真驗證。仿真模型如圖1所示。變壓器為飽和三相變壓器,