1 畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 On of in 用連續(xù)小波變換在配電系統(tǒng)中故障定位 ： ： 本 科 ： 電氣與信息學院 ： 自 動 化 ： ： 講 師 ： 2008 年 5 月 5 日 學生姓名 學歷層次 所在院系 所學專業(yè) 指導教師 教師職稱 完成時間 2 （ 本文檔前部分為中文 ， 后部分為英文部分 ， 后部分英文部分為 化為 本 ， 不清晰之處 ， 可參考本人上傳的英文 本原文 ， 可以免費下載英文 本 (下載地址 ： )， 以人格擔保。可先下載英文 本后，再下載中文部分即本文檔 ） 使用 連續(xù) 小波 變換 在 配電系統(tǒng)中 故障 定位 納雷利布萊特保羅努奇科希博爾蓋蒂 .,.,.,.,.,. ,* a 意大利 波洛尼亞 ， 40136波洛尼亞大學電氣工程 系 ， b 意大利 米蘭 于 2006年 3 月 31日 ;接受 2006年 3 月 31日 摘要 該 論文 說明 了 連續(xù) 小波 變換（ 分析 由于線路故障引起 電壓瞬變 得基本步驟 并討論 了其應用 于 配電 系統(tǒng) 故障定位 。 所 進行的分析 實現(xiàn)在網(wǎng)絡中顯示存在 相關 典型頻率的連續(xù) 小波 變換轉(zhuǎn) 換 信號和 特殊 路徑 代替轉(zhuǎn)換 小波 引起的 故障。本文提出了一種 在 統(tǒng)中利用以上所提到的相關性 確定 障定位 的步驟。 在 本文中 分析 統(tǒng) 是準確地 以 代表， 以及研究 各種 故障類型和網(wǎng)絡特點。本文介紹了 一些 也基 本 測量 概念 和故障定位 標準系統(tǒng) 的 分布式 結(jié)構(gòu)。 2006年 司有限公司， 版權(quán)所有 。 關鍵詞：故障測距 ;配電系統(tǒng) ;連續(xù) 小波 變換 ;電磁暫態(tài) ;分布式測控系統(tǒng) 1. 導言 近年來中壓配電網(wǎng)絡 的 故障定位 是一個 日益受到重視 研究話題 ， 由于既 要 最嚴 的 質(zhì)量的要 求并 要 提供改進 測量和監(jiān)測系統(tǒng)。此外， 在網(wǎng)絡需 檢修 的傳統(tǒng)程序的基礎上 增加的安裝 分布式發(fā)電資源 自動開關系統(tǒng)。 最有前途的 解決這個大家關注問題的方法 似乎是 在 離散 系統(tǒng)中 運用適當?shù)男盘柼幚砑夹g(shù) 引起 電壓 /電流瞬變產(chǎn)生的短路事件 并記錄在一個或更多的 位置。 最近的 投稿的是基于 使用該 小波 變換 的 課題 （例如 ， 1 ，由于 它要求執(zhí)行 簡單 和減少計算 的 時間 通常采用離散 小波 變換（ 。在本文中，使用了連續(xù) 小波 變換（ 法。眾所周知，相對于 算法， 一 種 讓表 現(xiàn)出 該故障暫態(tài) 更詳細 持續(xù)的光譜分析能源。這樣的功能是用來 檢測單一 頻率 電壓瞬變所產(chǎn)生的故障。這些頻率可用于推斷的故障 位置 ，在網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu) 小波 沿線 傳播速度和 已知 故障類型 。 基于 想結(jié)合起來 。 該文件的結(jié)構(gòu)如下。第 3 部分 介紹了擬 訂 對連續(xù) 小波 變換的分析和具體的路徑沿網(wǎng)絡所涵蓋的行波源 故障的相 互 關系 。 第 4 部分 提出申請 離散系統(tǒng) 對稱故障和非對稱 兩個方案， 同 3 時還介紹了 為不同 中性點接地的特點和故障的位置 檢測 所取得的成果。 基于 該 序是適用于這種 以計算機模擬所得的 單一 結(jié)果與 詳細 磁暫態(tài)程序）模型 離散系統(tǒng) ，其特點和數(shù)據(jù) 在附錄 中描述 。第 5 部分 描述 前文 提到測量系統(tǒng)與 離散系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)用于 配置 電壓瞬變 的基本特征 。 結(jié)論總結(jié)所取得的成果與建議的方法和確定的主要 研究額外規(guī)定方面 的 工作。 波 變換 所 提供 故障定位 的資料 一個 S（ t）的該 S（ t） 和所 產(chǎn)生的 諧波 之間積分產(chǎn)品 ， 是 轉(zhuǎn)換 的時間和 擴大規(guī)模 /壓縮版本一個 函數(shù)具有 有限 能量 的 ）（ t 函數(shù) 的 基波 。這個過程中，相當于一個標產(chǎn)品， 生產(chǎn) 小波 系數(shù) C（ a,b） ，其中可以看出 作為 “ 相似性指標 ” 的信號和所謂的 諧波 位于立場 之間 ， b（ 時間 平移 因數(shù)）是 積 分模型并且正數(shù) a: 其中 *表示復共軛。 1）可表示頻域（例如 5） ： 其中 F(C(a,b)， S（ ） 和 ）（ 分別是 傅立葉變換的 C（ a， b）， S（ t）和 )t( 。 2）表明，如果 基波 是一個帶 濾波 器功能，在頻域 中 ，利用連續(xù) 小波 變換 確定 在 該 頻域 位置 的特 殊 信號。根據(jù)傅立葉變換理論，如果中心頻率的 基波 ）（ 是0F，那 么 ）（ a 的是0F/ 因此，不同的 模型 允許 從原始信號 提取不同頻率 等值的模型 ，相應的以較低頻率所給予 中心頻率和帶寬 比率之間 。相反，向窗口傅立葉分析那里的 常數(shù) 頻率分辨率 和依賴于 所選擇的窗口 帶寬 ， 與處理 小波 的寬度的窗口不同 作為一個 函數(shù) a，從而使 用一些 的時間窗口 進行 分析，這是依賴 等值 比率 a。 眾所周知， 必須滿足 “ 受理條件 ”才能允許 用任意 基波 ： 3）必須滿足下列 兩個 條件： 均值 ）（ t 等于零 ; ）（ t 快速 下降 至零的 范圍是 t 。 只要 基波 滿足 具體條件， 特別是正交 下 ，信號可以也 從變換系數(shù) 修 復 。 幾 種基波 已被用于 文獻 （例如 ， 6 ，在這方面的文 獻 ，即所謂的選擇 波 )t( 之一 ： 與 域 上 產(chǎn)生效果 ，特別是從對原始信號 提高到一 些 更高 的 頻域 。件：在計算 中 ，分析 小波 能通暢的轉(zhuǎn)移到 完整的的分析 函數(shù)區(qū)域中 。 在連續(xù) 小波 變換的分析是表現(xiàn)在 分析網(wǎng)絡總線故障后記錄 時間域上電壓瞬變 。 4 該分析 瞬態(tài)記錄信號 S（ t）的一部分 可以對應到一個電壓或電流 瞬態(tài)變化， 相應的該產(chǎn)品的采樣時間 樣本數(shù)目 N 在 一個 有限的時間（數(shù)毫秒） 之間。 該 （ t） 同時以 一個矩陣 C（ a,b） 為范圍。 如下： 平方 和的 值 為 所有 相應的以同樣的 頻率的 系數(shù) ，這是 為以 后所 有 連續(xù) 小波 變換信號 a） ，確定了 每個頻率元件規(guī)定的重量 的“ 尺度 ” ： 通過檢查相對 應 最高的 峰值就可以 得到的 a） 的大小 ，該信號的檢測 由 最 明顯 的高頻成分 確定 。從現(xiàn)在起，這些高頻 成分 被稱為 暫態(tài)的“ 定頻率 ” 。該 定頻率可以被相 近 的 傳播 的 現(xiàn)象，沿 它 們的 間斷點 路線反射 。為 了 每個故障定位， 一些理論頻率值計算，作為一個功能該路徑長度所涵蓋的旅行波，傳播速度沿線和該類型的思考。隊之間的比賽，這些價值觀該 定頻率可以提供有用的信息為故障定位。 值得注意的是， 增加的衍生 波在多導體傳輸線 涉及 到 存在不同的 增加 速度。在 連續(xù) 小波 變換為基礎的分析 方面， 目前 已 分開 進行了 對各種模式在電壓暫態(tài) 觀察點 的記錄。 7)和（ 8） 總結(jié) 在頻域 上的狀態(tài) 轉(zhuǎn)型，作為使該對角線矩陣 的 矩陣 阻抗和 單位長度的矩陣 通道之間的 一個方法 ，即 z y和 yz不相等，但具有相同的 特征值 的 平方 形成對角矩陣 2 。 系數(shù) i 是 i 傳播 的 常數(shù) 模式 ，這個復合常數(shù)是 其中 i 是衰 減常數(shù)和 i 是 i 相常數(shù) 相 傳播 的模式， 其中 i 被賦予 ： 變換矩陣 的縱行 使對角矩陣 zy和矩陣 yz ，分別給出了 相應的 獨立的 線性 特征向量。 3 基于故障定位程序 該 應用 5 首先 提出 適用于簡單的一個 對稱 的（分三個階段）故障 模型的方法 ，然后擴展到 非對稱故障 模型 。參考 故障瞬變 以 獲得分配制度 的選擇 ， 其 配置顯示在圖 仿照 電磁瞬態(tài)計劃12,13 的方法 。 這 些 關鍵點 和數(shù)據(jù)模型 在附錄 給出 。 為 基于 轉(zhuǎn)化矩陣 定義 在式（ 8），把它們 對應到 s（ ，0 ） 得到一些相同系數(shù)的 變換矩陣 14 。 由 不平衡線 性 矩陣可以推斷，仍然 可以 使用 基于程序 15程序?qū)嵤?考慮垂直對稱導體架空線路 中的 配置 （見圖 9 的附錄） ，模擬 有關的平衡和不平衡線 過渡 的 顯著差異。 圖 示模擬電壓瞬變在 三處 不同的觀測點的網(wǎng)絡圖 即 總線 2,總線 3 及 總線 4，由于零阻抗分三個階段 出現(xiàn) 總線 1 故障，即 主要 終端 被中止 。 圖 涵蓋的 行進小波路徑所 產(chǎn)生的 一個 故障， 總線 1 。該行波反映在線路終端 并在故障定位。 考慮局部 點多線融合在這里忽視。只有三個路徑 （即路徑 1,2及 3）達到 觀測 點 。 假設在 總線 四，即發(fā)送端的主要 接口 是有可能的關聯(lián)， 在觀察 點 每個路徑特征頻率該故障暫態(tài)記錄 的方式如下 討論 ：路徑 1 是相關的一個時期所給 予的 行進 時間等于 四個時間 2+思考 作為行波的 路徑 在故障定 位 (總線 1)的傳播路徑 并在發(fā)送端的主要饋線（ 總線 4）為 連接 路徑 2 和 3 圖 力分布網(wǎng)絡 和 總線 1 路徑所涵蓋的行波所造成的故障 。 6 圖 壓瞬變對一個 包含 三個階段故障 的發(fā)生 ， 在 總線 1 觀察 在 3 個不同的節(jié)點（ 總線 2 ，總線 3 及 總線 4 ） ，配電網(wǎng)絡所顯示的圖 (1):（ a）一般 性能 及（ b） 詳細的 描述 。 7 圖 總線 4 連續(xù) 小波 變換分析的電壓瞬態(tài) 結(jié)果如 圖 示。 它是由最大值(10 所決定 。 圖 觀 測 點（總線 4 ） 的連續(xù) 小波 變換分析的電壓瞬態(tài) 結(jié)果 如圖 示 ， 。表 1 比較的理論上假設 和 在第一次逼近 結(jié)果推斷 ， 其 與所確定的從高峰期 行 進 速度等于光速的速度 如圖 表 1 頻率值理論上 路徑所涵蓋的行波來源于一個均衡的 故障 系統(tǒng)， 觀察 總線 1 總線 4 的不同以 確定由 連續(xù) 小波 變換分析路徑長度 路徑 路徑長度（ 理論頻率值 （ 率（ 如果連續(xù) 小波 變換的分析是適用于 記錄 電壓瞬變 在一個不同的觀察點，我們正考慮測 試 在其他的分布式 系統(tǒng)的觀察點 （見第 5 條 ） ，是有可能增加故障位置 的 有關 資料的 。圖 2 顯示 在 總線 2 連續(xù) 小波 變換分析 的 結(jié)果 。 在 總線 1 為 零阻抗分三個階段故障 。 檢測這三個 路徑的 主要影響： 4，與 之相對應 故障 位置 在 總線 2 的 和 2+映在線路終端具有相同的 結(jié)果 ， 而 3+是 與反射線端子相同的 結(jié)果 。因 此 可以看出，加入總線 4 所提供的 要素檢測 兩個故障的地點， 因此可以 得到更加準確的函數(shù)。 圖 表 3 顯示 該條件下 在 總線 5 的平衡故障 的結(jié)果 。在這種情況下只有兩條路 對 2 有影響。 與 之相對應 故障 位置 在主饋線發(fā)送端和 15 有影響 ， 其 反射系數(shù)的同時 顯示 在線端子。 圖 表 4 顯示 該 條件 在 總線 2 的平衡故障終止橫向 的結(jié)果 。 在 三個路徑 這種情況的 影響下 :（ a） 在故障定位（ 總線 2） 的 2+ 之相對應 故障 位置 在主饋線發(fā)送端（ 總線 4） 。（ b） 在線端子 2+ （ c） 5 表示的是線端子。 在連續(xù) 小波 變換分析 中運用 波 ，是能夠偵測到 只 與 頻率相關 兩條路徑 ， 即第一 個 和第三 個路徑 ，而 第二路徑的頻率最大峰值 似乎是隱藏的第一高峰期，由于 基波通過 大型過濾器的 8 振幅 影響， 反映出在總線 1 和總線 5 反復均衡 的故障 線 2 的發(fā)電機通過變壓器 的變換 。該量 ， 在表 1 3 中 ，顯示 不修改反射系數(shù) 能中止發(fā)電機。 對 非對稱故障 不同傳播速度的各種模式的 衍生波 必須顧及 15的影響。 考慮到線配置顯示，在附錄中，作為第一個近似，克拉克轉(zhuǎn)型是適用于電壓瞬變在觀察點（ 總線 4 ）的分布情 況網(wǎng) 絡圖 為不同類型的不平衡故障在不同地點，也與圖 非零故障阻抗 說明結(jié)果的連續(xù) 小波變換分析的電壓瞬變，由于 在 總線 1 到地面發(fā)生故障，無論對案件接地和毫無根據(jù)的中立。 此外，在這種情況下，考慮的路徑是那些說明在圖 速度的模式 0 ，但 顯著低于光速的速度（如表 1 所 顯示 。附錄 9） 。這個速度是用來評價理論頻率的價值觀，這在表 5， 比較與那些確定由連續(xù) 小波 變換的分析。 為同一系統(tǒng)的圖 表 6 顯示 總線 5 到地面發(fā)生故障 的結(jié)果 ， 反復模擬和分析的 考慮到故障電阻等于 10 。 那些在表 5 和表 6 存在不平衡負載似乎沒有明顯的影響 結(jié)果。表 7 顯示 該的 從一個階段到另一個階段影響 故障 的結(jié)果 ，和表 8 顯示所取得的成果為兩相到地面故障。對于這兩種情況下，兩個故障地點審核： 總線 1 和 總線 5 。中立被認為是毫無根據(jù)。 雖然有些結(jié)果表明，一些限制的通過的 波 ，即那些有關故障 在圖 該網(wǎng)絡 (例如， 在 總線 2 均衡故障 )， 其 整體理論計算值 確定已經(jīng)達到 樣的匹配鼓勵我們研究定位故障。 第 4 條 討論問題。 波 變換為基礎的算法是構(gòu)思要再加上一個分布式測量系統(tǒng)。每個單位，設在一些合適的總線的分銷網(wǎng)絡， 配備了 步裝置和是能夠獲得雙方的出發(fā)瞬間的瞬態(tài)以及相關的波形。一測量單元的故障位置的分布式制度是代表 圖 改進了一些地方如 16 。每個線電壓的條件是透過一個 壓 互感器（ 輸出是 到一個檢測模塊 ( 圖 續(xù) 小波 變換 在總線 2 分析 電壓暫態(tài) 的結(jié)果 ，由于 在總線 5 分三個階段發(fā)生 零阻抗故障 。它的值受最大頻率 （ 12V ）影響。 表 2 頻率值，理論上相關的路徑所涵蓋的行波來源于一個 均衡的系統(tǒng)故障， 總線 5 ，觀察在 總線 2 ， 和價值觀，確定由連續(xù) 小波 變換分析 9 路徑 路徑長度（ 理論頻率值（ 率（ 一 個 檢測 模塊 （ 一個模擬到字轉(zhuǎn)換 數(shù)字采集模塊 （ 。經(jīng) 提供一個 觸發(fā) 短暫的 邏輯信號 作為一個前觸發(fā)該數(shù)據(jù)采集卡，為數(shù)據(jù)采集和基于 裝置 作為一個觸發(fā) 模塊 ，以便記錄 短暫 的開始時間 。該數(shù)據(jù)采集卡輸出是離線分析，通過上述所描述的算法 。 原型 已具有以下的特 點 ：以 壓 差估價 已 使用絕緣電壓 300 千伏的高峰 值的 大小 比例 10000V/1V，帶寬 30 4 兆赫（ 3 分貝） ，上升時間 100 毫微秒，準確性 1。其輸出信號 反饋檢測模塊 ，其中已實施的手段模擬電路中描述的 16 。其輸出是的 符合要求的基于 備。這個裝置的捕捉時間瞬間下降邊緣的投入，與標稱精度 250 納秒 。 此外，它提供 1S 為周期 精度 250納秒 于同步測量系統(tǒng)。比較由于時間所 在不同的分布式測量單位 接受的電壓瞬變 圖 在 總線 4 電壓暫 態(tài) 連續(xù) 小波 變換分析的 結(jié)果 ，由于 總線 5 零阻抗分三個階段發(fā)生故障。它的值受 最大頻率 （ 12V ） 影響 表 3 頻率值理論上 路徑所涵蓋的行波來源于一個 平衡 的系統(tǒng)故障 總線 5 ，觀察在 總線 四 確定由連續(xù) 小波 變換分析 的影響。 路徑 路徑長度（ 理論頻率值（ 由 析提供斷裂部分 的 精確位置 。 一個 12 位采集裝置是用來 采集 最高采樣頻率為100s， 其精確范圍 是 1 和 的資料 存儲能力 為 64 一個采集裝置十毫 秒的采集速率為 sa/s。 該儀器還配備 了 絡調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)傳送 /接收 功能 。這樣根據(jù)一項主從 式構(gòu)造是為了運作而設計的的一個系統(tǒng) 。 不確定性的來源 其 傳播 效果通過測量算法確定 ，主要 取決于 測量硬件。 10 在本節(jié)中， 從樣本所獲得的描述的 文獻 初步分析 的 目的是評估的不確定性影響 估計 的 故障定位的測量結(jié)果 。 國際標準化組織 “ 不確定性測量 指南 ” 17明 確 評估的不確定性 步驟的分析 ， 起始量 的不 確定 因素影響 簡介量的測量 。 然而，在我們的 已知 其他許多實際 情況下，不確定度評定所提供的手 段 是不適用 分析這樣的不確定步驟。 因此， 數(shù)控技術(shù)的基礎上 評價方式進行 模擬統(tǒng)計一些 有意義的 測量 數(shù)目 ，以便估計有關概率密度函數(shù)（ 式）。具體而言，第一步程序是表征對 測量系統(tǒng) 每個設備的 計量性能 以便 獲得 式的不確定性來源。這一 方法 可以執(zhí)行初步的實驗測試，對每一個設備或 由制造商 提供的規(guī)格 測量其 準確性 ，。 統(tǒng)計相關的不確定性 隨機變量 參數(shù)所產(chǎn)生的 數(shù)據(jù) 以及 通過使用 大量的模擬測量算法執(zhí)行 ， 估計獲得 數(shù)目的計量 和有關 這個程序已經(jīng)應用到我們的情況下，開始 準確的定義提供規(guī)格或 由制造商 提供 精度規(guī)格： 精度為 1 傳感 器 其 數(shù)據(jù)采集 比率 為 1 。在缺 少 進一步的資料 這些不確定 源用來影響 獨立均勻分布的隨機變量 。 表 4 頻率值理論上 路徑所涵蓋的行波來源于一個 平衡 的系統(tǒng)故障 總線 2，觀察在 總線 4 確定由連續(xù) 小波 變換分析 路徑 路徑長度（ 理論頻率值（ 特別是正如已經(jīng)提到的 表 2 11 圖 在 總線 4 連續(xù) 小波 變換分析的電壓暫態(tài) 的 結(jié)果 ，由于 總線 2 零阻抗 發(fā)生故障 分三個階段，它的值 受 最大頻率 （ 12V ） 影響圖 總線 4 連續(xù) 小波 變換的分析模式 0 電壓暫態(tài) 的 結(jié)果 ，由于 在 總線 1 接地故障 ： （ a）中性點接地網(wǎng)絡 ， （ b） 無中性點接地網(wǎng)絡 。 其值分別 受 最大值為 （ 12V ） 以及不接地中性點 （ 12V ）影響 。 表 5 頻率值 在 總線 1 理論上相關的路徑 發(fā)生故障 涵蓋的行波源自由一個階段到 地面 ，觀察 總線 4 及其值 由連續(xù) 小波 變換 確定 分析 路徑 路徑長度（ 理論頻率值 （ 12 表 6 頻率值 在 總線 5 理論上相關的路徑 發(fā) 生故障 涵蓋的行波源自由一個階段到地面，觀察 總線 4 及其值 由 徑 路徑 路徑長度（ 理論頻率值 （ 測試的表 明 就不同的網(wǎng)絡配置 由 不確定性水平低于 200 赫茲 時 所涵蓋的 行 播 相關的路徑 頻率。此值提供 了一個不確定性跡象的估計故障定位作為路徑長度和 增長 速度 的一個功能 表 7 頻率值 在 總線 1 和總線 5（中性點不接地） 理論上相關的路徑所涵蓋的行波源 故障，觀察在 總線4 及其值 ，由 定 路徑 路徑 路徑長度（ 理論頻率值（ 表 8 總線 1 和 總線 5（中立不接地） 頻率的 數(shù)值 相關的路徑涵蓋的行波源由兩階段 連接 到地面發(fā)生故障 ，觀察在 總線 4 及其值 ，由 路徑 路徑長度（ 理論頻率值 （ 5 結(jié)論 本文論述了一種基于 連續(xù) 微波 變換基礎上 來 分析配電系統(tǒng) 中 電壓瞬變所產(chǎn)生的的故障 方法 。 這種方法適用于測試網(wǎng)絡 、 顯示一些特征頻率轉(zhuǎn)化的信號 和 具體網(wǎng)絡 路徑 相互之間的關系。結(jié)果表明 ，在 考慮網(wǎng)絡配置和故障的類型 基礎上，能夠提供達到預期的 故障定位 。另外可以改進的 的 研究工作將致力于采取到更復雜的網(wǎng)絡 （例如 由 架空線 和電纜組成的 網(wǎng)絡 ） 或者為 提高故障定位準確性 而 改善 基 波 。 此外 作者認為， 該論文 所 得 到 的結(jié)果 構(gòu)成了故障定位系統(tǒng) （ 分布式體系結(jié)構(gòu) ） 發(fā)展的基礎 。 鳴謝 這項工作 得到了 究計劃的支持 。 附錄 在 本文 中，連續(xù) 小 波變換的分析 已進行了 模擬仿真。圖 1 為配電網(wǎng)絡 的 配置說明， 這里 使用 了 電磁暫態(tài)程序，即 電網(wǎng)絡是由一個 10的主要饋線（ 和由兩個 2 的輔助電纜（ 和 1 （ 及 150、 20電站 組成 。 架空線路的特點和導體的幾何形狀 如圖 9 所示。其中 地面電阻率假設等于 100 M 13 圖 9 配置架空電纜截面的導體 圖 8 測量系統(tǒng) 示意圖 。 表 9 架空線圖模態(tài)參數(shù)值 ， 9 以上地面與電阻率等于 100 的 14 該 表格 代表了一個 “連續(xù) 參數(shù)線模型 ” （ 15 和模態(tài)參數(shù) 的 值觀 （ 表 9 ）值得一提的 是這里采用了 一項頻變線模型（例如 型 18 ） ，結(jié)果 表明 在電壓瞬變 中的結(jié)果與 近。這 一方面是由于 其 典型