Hızlı S dönüşümüne dayalı küçük akım tek fazlı topraklama arıza hattı seçimi
Zhang Zhiyu, Zhu Zongyao, Man Weishi
(Otomasyon ve Bilgi Mühendisliği Okulu, Xi'an Teknoloji Üniversitesi, Xi'an, Shaanxi 710048)
: S dönüşümü, dalgacık dönüşümü ve kısa süreli Fourier dönüşümü ile geliştirilmiş bir zaman-frekans analiz aracıdır.İyi uyarlanabilir çözünürlüğü nedeniyle, son yıllarda güç sistemi arıza araştırmalarında kullanılmaktadır. Bununla birlikte, S-dönüşümü işlem sürecindeki pencere işlevi dışındaki fazlalık işlem nedeniyle, hesaplama miktarı büyüktür ve bu da işlem hızını etkiler. Bu amaçla, küçük akım topraklama modunda hızlı S-dönüşümüne dayalı yeni bir arıza hattı seçimi algoritması önerilmektedir. Hızlı S-dönüşümünden sonra, hat seçimini analiz etmek için karakteristik frekans bandındaki her bir hattın sıfır dizi akımının modülü kullanılır. Son olarak, çok sayıda simülasyon örneği, bu yöntemin, yüksek doğrulukta ve hesaplama süresinden tasarruf ederek, hata hattı seçimini etkin bir şekilde gerçekleştirebileceğini kanıtlamaktadır.
Küçük akım topraklama sistemi; zaman-frekans analizi; hızlı S-dönüşümü
: TM77 belge tanımlama kodu: ADoi: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2016.24.021
Referans formatı: Zhang Zhiyu, Zhu Zongyao, Man Weishi. Hızlı S-dönüşümüne dayalı düşük akım tek fazlı topraklama arıza hattı seçimi J. Mikrobilgisayarlar ve Uygulamalar, 2016,35 (24): 73-76.
0 Önsöz
Çin'in güç dağıtım ağı, nötr nokta topraklanmamış, nötr nokta ark bastırma bobini ile topraklanmış ve nötr nokta yüksek empedans ile topraklanmış gibi düşük akımlı topraklama yöntemlerini benimser. Küçük bir akım topraklama yöntemi kullanmanın avantajı, güç kaynağının güvenilir olması ve tek fazlı bir topraklama hatası oluştuktan sonra 1 ila 2 saat çalışmaya devam edebilmesidir [1]. Ancak hatalı hat zamanında ve doğru olarak tespit edilip onarılamazsa, arızanın daha da genişlemesine ve kişisel ve ekipman güvenliğine zarar vermesine neden olabilir, bu nedenle küçük akım toprak arıza hattının seçiminin incelenmesi çok gereklidir.
Şu anda, arıza hattı seçim yöntemleri temel olarak kararlı durum miktarlarına dayalı yöntemleri, geçici büyüklüklere dayalı yöntemleri, kararlı durum ve geçici durum yöntemlerini birleştiren hat seçim yöntemlerini ve sinyal enjeksiyon yöntemlerini içerir. Bir arıza meydana geldikten sonra, geçici büyüklük büyüktür, tespit edilmesi kolaydır ve çok sayıda arıza bilgisi içerir. Sinyal analiz teknolojisi son yıllarda arıza tespiti ve analizinde yaygın olarak kullanıldığından, küçük akım topraklama sistemleri için geçici büyüklüklere dayalı arıza hattı seçimi teknolojisi hızla geliştirilmiştir. Arıza sinyalinin enerji spektrumu, arızanın meydana geldiği farklı anlarda farklı özelliklere sahiptir Literatür [2], arıza hattını belirlemek için dalgacık dönüşümü yoluyla farklı frekans bantlarında maksimum enerji değerini elde eder. Literatür [3], her hattın sıfır dizi akımı üzerinde dalgacık paketi ayrıştırması gerçekleştirir, her hat arızasından sonra 1/4 çevrimin zaman-frekans karakteristiğini hesaplar ve hata hattını belirlemek için korelasyon katsayısını kullanır Simülasyon bu yöntemin doğru ve güvenilir olduğunu kanıtlar. Literatür [4], hata hatlarını seçmek için S-dönüşümü kullanır ve hat seçim kriteri olarak sıfır dizi akımının S-dönüşümü ile her frekans noktasının modül ve faz açısı bilgisini çıkarır.Ancak, S-dönüşüm sürecindeki çok sayıda fazlalık hesaplamalar nedeniyle artar. Hesaplama miktarı ne kadar büyükse, hesaplama süresini uzatır ve hat seçim hızını etkiler.
Hızlı S-dönüşümü, S-dönüşümünün iyi zaman-frekans analizi yeteneğini miras alma temelinde, S-dönüşümünün düşük hesaplama verimliliği sorununu yüksek hız ve iyi gerçek zamanlı performans ile çözer. Daha fazla besleyiciye sahip sistemler için bu yöntem, hesaplama miktarını büyük ölçüde azaltabilir. Bu nedenle, bu makale hızlı S-dönüşümü kullanan yeni bir hata hattı seçimi yöntemi önermektedir. Dağıtım hatları için bir arıza simülasyon modeli oluşturmak için MATLAB kullanılarak, bu hat seçim yöntemi üzerinde çok sayıda simülasyon doğrulaması gerçekleştirilmiştir ve bu, bu yöntemin küçük akım topraklama sistemleri için doğru ve güvenilir bir şekilde arıza hattı seçimini gerçekleştirebileceğini kanıtlamaktadır.
1S dönüşümü ve hızlı S dönüşümü
1.1S dönüşümü
S dönüşümü, dalgacık dönüşümü ile kısa süreli Fourier dönüşümünün (STFT) bir kombinasyonudur ve gelişmiştir ve ilk olarak STOCKWELL R G ve arkadaşları [5] tarafından önerilmiştir. Matematiksel ifade aşağıdaki gibidir:
Formül (1) 'de: ve v, S alanındaki zaman ve frekanstır ve (-t, ) =, birim alanındaki tüm frekanslarının genelleştirilmiş pencere fonksiyonudur.
Formül (1) 'den, S-dönüşümünün STFT'ye göre avantajının, Gauss penceresinin yüksekliğinin ve genişliğinin, STFT penceresinin [6] sabit yükseklik ve genişlik kusurunun üstesinden gelen frekansla değişmesidir. Bu nedenle, düşük frekanslı sinyaller için daha yüksek bir frekans çözünürlüğüne ve yüksek frekanslı sinyaller için daha yüksek bir zaman çözünürlüğüne sahiptir.
1.2 Hızlı S dönüşümü
Çünkü S dönüşümü sürecinde, örnekleme frekansı, pencere fonksiyonunun etkisi dikkate alınmadan Fourier dönüşümüne göre belirlenir, böylece dönüşüm sürecinde çok fazla gereksiz veri vardır [7]. Bu nedenle, hızlı S dönüşümü, pencere işlevi dışındaki gereksiz işlemleri ortadan kaldırır ve böylece işlem hızını artırır.
S dönüşümünün zaman karmaşıklığı O (N3) ve hızlı S dönüşümünün zaman karmaşıklığı O (NlogN). Bunun tersine, hızlı S dönüşümünün hesaplama hızı daha hızlıdır [6] ve örnekleme noktalarının sayısı ne kadar büyükse N, o kadar hızlı S-dönüşümün hız avantajı daha belirgindir.
1.3S dönüşümü ve hızlı S dönüşüm etkisi karşılaştırması
Şekil 1, bir 1024 noktalı test sinyalidir, Şekil 2, S dönüşümü (ST) ve hızlı S dönüşümünün (KST) yeniden yapılandırma diyagramıdır. S dönüşümü yeniden yapılandırılmış sinyalin temel olarak hızlı S dönüşümü yeniden yapılandırılmış sinyal ile aynı olduğu görülebilir.
Şekil 3 ve Şekil 4, sırasıyla test sinyalinde S-dönüşümü ve hızlı S-dönüşümü sonrası modül katsayılarının zaman-frekans diyagramlarıdır.Yatay eksen, örnekleme noktasına karşılık gelir ve dikey eksen, frekansa karşılık gelir. Görülebileceği gibi, S dönüşümü ile karşılaştırıldığında, hızlı S dönüşümü gereksiz bilgileri ortadan kaldırır ve zaman-frekans grafiğini artık sürekli ve pürüzsüz hale getirmez. Ancak bu veriler, orijinal sinyali yeniden oluşturmak için de yeterlidir.
2 simülasyon modeli
Şekil 5, 4 fiderli bir 10 kV 50 Hz güç dağıtım sistemini göstermektedir. L1, L2 ve L3 hatlarının uzunlukları sırasıyla 40 km, 30 km ve 50 km'dir. Ark bastırma bobini,% 8 aşırı kompanzasyona göre ayarlanır. Örnekleme frekansı 6400 Hz'dir.
Nötr noktası ark bastırma bobini topraklama sisteminden geçtikten sonra, ark bastırma bobini endüktif akımının dengeleme etkisi nedeniyle, tek fazlı bir toprak arızası meydana geldiğinde, arızalı hattın geçici sıfır dizi akım genliğinin en büyüğü olduğu sonucu artık geçerli değildir. Bu nedenle, karakteristik frekans bandı belirlenmelidir ve karakteristik frekans bandının üst limit frekansı, tüm hatların geçici sıfır dizi akımının fazının tutarlı olduğu ilk frekans bandıdır [8]. Bu sistemin karakteristik frekans bandının üst sınır frekansının güç frekansının 24 katı olan 1200 Hz olduğu hesaplanabilir. Ancak nötr noktanın ark bastırma bobini üzerinden karakteristik frekans bandının alt sınır frekansı nötr nokta topraklanmamış sisteminkinden farklıdır.Nötr nokta topraklanmadığında 0 Hz ve nötr nokta ark bastırma bobini ile topraklandığında 150 Hz'dir. Bu, güç frekansının 3 katıdır.
Bu nedenle, karakteristik frekans bandı güç frekansının 3 ila 24 katıdır. Bu frekans bandındaki hat seçim algoritması, nötr topraklama yönteminden etkilenmez.
Hızlı S dönüşümüne dayalı 3 Hata hattı seçim yöntemi
3.1 Veri işleme
Nötr noktası ark bastırma bobini ile topraklanır L1 hattında bir faz toprak hatası oluşur Hata noktası baraya 5 km, toprak direnci 20 ve hata kapama açısı 90 ° 'dir 288. örnekleme noktasına karşılık gelir. Sıfır dizi akımı Şekil 6'da gösterilmektedir.
Sistem normal çalıştığında, yük akımı sıfır bileşen bileşeni içerdiğinden, yük üç fazlı dengesizliğe sahiptir ve akım trafosu uyarma akımı bileşeninden etkilenir, akım trafosunun sıfır bileşen akım çıkışı sıfır değildir (küçük boyutundan dolayı yükseltilmesi gerekir. Gözlenebilir), dolayısıyla paraziti ortadan kaldırmak için geçici sıfır dizi akımının işlenmesi gerekir [9]:
i0i (t) = io0i tf: (tf + T) - io0i (tf T): tf (2)
Formül (2) 'de tf arıza zamanı, T periyot, i arıza hattını, io0i [tf: (tf + T)] arızadan sonraki dönemin sıfır dizi akımını, io0i [(tf T): tf] temsil eder Hatadan önceki döngünün sıfır dizi akımı. i0i (t), parazit giderildikten sonra sonraki analiz için kullanılan sıfır dizi akımıdır.
Örnekleme frekansı 6400 Hz olarak ayarlanmıştır, bu nedenle bir döngü T 128 nokta içerir Şekil 6'da L1 hattı 288 noktada başarısız olur Bu nedenle, arıza noktasından sonraki bir döngünün verileri hızlı S dönüşümü ile işlenir ve modül elde edilir. Şekil 7'de gösterilen analog zaman-frekans diyagramında, yatay eksen örnekleme noktasıdır ve dikey eksen frekanstır. 1 ila 64 arası çizgiler eşit olarak 3200 Hz'ye bölünmüştür.
Frekans aralığı f = fs / N = 6400/128 = 50 Hz'dir ve karakteristik frekans bandı Bölüm 2'deki analizden 3 ~ 24 satır alır. Geçici enerji arızadan sonra T'nin 1 / 4'ü içinde hızla azaldığından, yalnızca 1 ila 32 sütun seçilir ve kenar etkisi nedeniyle ilk 6 sütun kaldırılır, böylece son olarak yalnızca 7 ila 32 sütun seçilir. Son olarak, 3-24 satırlı ve 7-32 sütunlu A modül matrisini (22 × 26) alın.
3.2 Seçim kriterleri
Mi'yi (i = 1, 2, 3 doğruyu temsil eder) karşılık gelen çizginin modül matrisi A'daki (22 × 26) tüm elemanların toplamı olarak tanımlayın. M1, m2 ve m3'e karşılık gelen üç satırı hesaplayın, boyutları karşılaştırın ve en büyük m değerine sahip çizgiyi hatalı çizgi olarak belirleyin.
4 Simülasyon doğrulama
Şekil 5'teki simülasyon modelinde, nötr topraklama ve ark bastırma bobini ile topraklama için iki yöntem simüle edilmiştir. Çıkış ucundan farklı konumlardaki tüm hatlar için faz A topraklama hatalarını ayarlayın, farklı hata kapatma açıları ayarlayın (bu makalede sırasıyla 0 °, 45 ° ve 90 °) ve farklı topraklama dirençleri kullanın (bu makalede sırasıyla 0,01 , Simülasyon analizi için 20 , 200 , 2000 ). Çok sayıda simülasyon doğrulamasından sonra, hatalı hattın farklı arıza yerleri, farklı ilk arıza açıları ve farklı topraklama dirençleri koşulları altında doğru bir şekilde değerlendirilebileceği kanıtlanmıştır. İşte doğrulama için birkaç tipik durum.
Örnek 1: Nötr nokta topraklamasız sistem, arıza hattı L1, arıza yeri çıkış ucundan 25 km uzaklıkta, arıza kapanma açısı 45 ° ve topraklama direnci 2000 .
Sırasıyla L1, L2 ve L3'e karşılık gelen m1 = 1579.6, m2 = 951.4681, m3 = 896.4882'yi hesaplayın. M1 en büyüğü olduğu için hatalı hattın L1 olduğu ve hat seçiminin doğru olduğu belirlenir.
Örnek 2: Nötr nokta topraklanmamış sistem, arıza hattı L2, arıza yeri çıkış ucundan 10 km uzaklıkta, arıza kapama açısı 0 ° ve topraklama direnci 20 .
Sırasıyla L1, L2 ve L3'e karşılık gelen m1 = 2109,4, m2 = 5265,3, m3 = 3286,2'yi hesaplayın. m2 en büyüğüdür, dolayısıyla hatalı hattın L2 olduğu ve hat seçiminin doğru olduğu belirlenir.
Örnek 3: Nötr nokta topraklanmamış sistem, fay hattı L3, hata konumu çıkış ucundan 40 km uzaklıkta, hata kapanma açısı 90 ° ve topraklama direnci 0,01 .
Sırasıyla L1, L2 ve L3'e karşılık gelen m1 = 12943, m2 = 12582, m3 = 23325'i hesaplayın. m3 en büyüğüdür, dolayısıyla hatalı hattın L3 olduğu ve hat seçiminin doğru olduğu belirlenir.
Örnek 4: Nötr noktası ark bastırma bobini, arıza hattı L1 ile topraklanmıştır, arıza yeri çıkış ucundan 5 km uzaklıktadır, arıza kapama açısı 90 ° ve topraklama direnci 20 'dur.
Sırasıyla L1, L2 ve L3'e karşılık gelen m1 = 37466, m2 = 17144, m3 = 25776'yı hesaplayın. m1 en büyüğüdür, dolayısıyla hatalı hattın L1 olduğu ve hat seçiminin doğru olduğu belirlenir.
Örnek 5: Nötr noktası ark bastırma bobini ile topraklanmıştır, arıza hattı L2, arıza yeri çıkış ucundan 20 km uzaklıktadır, arıza kapanma açısı 45 ° ve topraklama direnci 200 dir.
Sırasıyla L1, L2 ve L3'e karşılık gelen m1 = 4487,5, m2 = 11645, m3 = 6205,7'yi hesaplayın. m2 en büyüğüdür, dolayısıyla hatalı hattın L2 olduğu ve hat seçiminin doğru olduğu belirlenir.
Örnek 6: Nötr noktası ark bastırma bobini ile topraklanmıştır, arıza hattı L3, arıza yeri çıkış ucundan 30 km uzaklıktadır, arıza kapama açısı 0 ° ve topraklama direnci 200 dir.
Sırasıyla L1, L2 ve L3'e karşılık gelen m1 = 1960,2, m2 = 1529,7, m3 = 2555,7'yi hesaplayın. m3 en büyüğüdür, dolayısıyla hatalı hattın L3 olduğu ve hat seçiminin doğru olduğu belirlenir.
5. Sonuç
Bu makalede, hızlı S-dönüşümü (FST) küçük akım topraklama arıza hattı seçimine uygulanmış ve arıza hattı seçimi için geleneksel S-dönüşümü kullanıldığında büyük miktarda hesaplama ve yavaş hız probleminin üstesinden gelen yeni bir arıza hattı seçme yöntemi önerilmiştir. Özellikle çok sayıda besleyici varken ve işlenen veri miktarı büyükse, bu yöntemin avantajları daha belirgindir. Çok sayıda simülasyondan sonra, bu yöntemin doğru ve güvenilir bir şekilde arıza hattı seçimini yapabildiği kanıtlanmıştır.
Referanslar
[1] Yu Yongyuan, Yang Qiwen Güç Sisteminin Analizi M Pekin: Çin Elektrik Enerjisi Presi, 2007.
2 Wu Lepeng, Huang Chun, Lin Dabin, ve diğerleri Geçici dalgacık enerjisine dayalı küçük akım topraklama arıza hattı seçiminin yeni bir yöntemi J. Elektrik Güç Otomasyon Ekipmanı, 2013, 33 (5): 70 :75.
[3] Shu Hongchun, Zhu Mengmeng, Huang Wenzhen, vb. Geçici sıfır dizi akımının zaman-frekans karakteristiğine dayanan dağıtım ağı arıza hattı seçim yöntemi J. Elektrik Enerjisi Otomasyon Ekipmanı, 2013, 33 (9): 16.
4 Zhang Jun, He Zhengyou, Jia Yong S-dönüşümüne dayalı yeni bir fay hattı seçim yöntemi J. Çin Elektrik Mühendisliği Derneği Bildirileri, 2011, 31 (10): 109115.
[5] STOCKWELL R G, MANSINHA L, LOWE R P. Karmaşık spektrumun yerelleştirilmesi: S-dönüşümü J. Sinyal İşleme IEEE İşlemleri, 1996, 44 (4): 998-1001.
[6] Zhang Zhiyu, Man Weishi, Xi Lei, ve diğerleri Güç kalitesi analizinde hızlı S-dönüşümü uygulaması J. Power System Technology, 2013, 37 (5): 1285-1290.
[7] Wu Yanhua. Geliştirilmiş ayrık S dönüşümü hızlı algoritması ve sürekli dalgacık dönüşümü algoritması performans analizi J. Signal Processing, 2012, 28 (7): 97397979.
[8] Zhang Baohui, Zhao Huimei, Zhang Wenhao, Xu Jingdong. Karakteristik frekans bandı J 'de geçici sıfır dizi akımının özelliklerine dayanan dağıtım şebekesinin tek fazlı topraklama arıza hattı seçim yöntemi. Güç Sistemi Koruma ve Kontrolü, 2008, 36 (13): 5 10.
9 Su Jiefeng S-dönüşümü D 'ye dayalı küçük akım topraklama fay hattı seçimi yöntemi üzerine araştırma. Guangzhou: Güney Çin Teknoloji Üniversitesi, 2012.
