基于最小二乘矩阵束算法的变压器励磁涌流识别方法

摘要

随着全国范围内广泛建设高压电力网络，电力系统需要具有更高性能的继电保护设备。变压器作为电力系统中占据重要地位的电气设备，在交流电网中承担了电能变换的关键作用，其运行的稳定性、可靠性直接关乎整个网络的供电安全。差动保护选择性强、动作速度快，是电力系统中被广泛采用的动作逻辑，一直以来也承担变压器的主保护的责任。但变压器差动保护也面临严重的挑战，励磁涌流是左右差动保护正确动作的关键因素。因此，为了确保变压器差动保护的可靠性，需深入研究励磁涌流、故障电流的特性，设计可靠的励磁涌流闭锁策略。本文主要工作如下：　　①在现有研究的基础上，分析了变压器各种工况下的基本电路模型，研究了变压器差动保护的基础原理，对单相和三相变压器的励磁涌流形成原理、特性及对差动保护的影响进行了研究。重点分析了励磁涌流的时频域特性，研究了励磁涌流与短路电流在分布特性上的显著区别，为本文识别方法的提出打下坚实的基础。　　②为了提高提取电流分量参数的精确性，提出了一种改进的最小二乘矩阵束算法。该方法避免时域算法中高阶导数可能导致的数值微分误差，能有效对抗噪声干扰，然后分析了最小二乘矩阵束的算法特性，与传统傅里叶算法进行对比，指出矩阵束算法更加适用于电流系统中的暂态信号分析。　　③根据励磁涌流与短路电流在波形特点、衰减特性上的区别，提出了基于最小二乘矩阵束算法的变压器励磁涌流识别方法。故障电流呈现正弦特征，而励磁涌流表现出衰减的尖顶波特征，励磁涌流和正弦波差异大，其非单一周期性使电流能量信息熵较大，标准差较小，而变压器在正常运行以及故障的情况下差流波形近似为正弦波，其信息熵较小，标准差值较大。该方案以变压器两侧的差动电流作为信号量，通过矩阵束算法辨识采样信号中不同频率的分量的频域参数，计算含衰减因数的电流能量频域分布特征系数识别励磁涌流。　　④通过PSCAD/EMTDC软件平台搭建变压器模型，仿真验证多种工况下本文所提出的识别方案的有效性，同时结合新建变电站新投变压器波形实测数据验证了本方案能够可靠地识别励磁涌流波形。

目录

1 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 变压器励磁涌流识别技术的研究现状

1.2.2 矩阵束算法理论及其应用

1.3 研究目的和意义

1.4 本文的主要研究内容

2 变压器励磁涌流时频域特性分析

2.1 引言

2.2 变压器铁芯磁特性

2.3 变压器励磁涌流时频域特性分析

2.3.1 单相变压器励磁涌流机理及时频域特性分析

2.3.2 单相变压器励磁涌流与故障电流对比分析

2.3.3 三相变压器励磁涌流机理及时频域特性分析

2.3.4 三相变压器励磁涌流与故障电流对比分析

2.4 励磁涌流对差动保护的影响分析

2.5 本章小结

3 基于改进定阶算法的最小二乘矩阵束算法

3.1 引言

3.2.1 理论基础

3.2.2 改进定阶算法

3.2.3 算法流程

3.3 算法对电力故障信号的适用性分析

3.4 与傅里叶算法对比分析

3.5 本章小结

4 基于能量频域分布的励磁涌流识别方法

4.1 引言

4.2.1利用改进最小二乘矩阵束算法的信息提取

4.2.2 电流能量频域分布判据

4.2.2 励磁涌流识别流程

4.3.1 变压器模型

4.3.2 励磁涌流

4.3.3 内部故障

4.3.4 合闸于内部故障

4.4 抗干扰性分析

4.5 与二次谐波法对比分析

4.6 国网重庆110kV大佛寺站录波数据分析

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 学位论文数据集

致谢