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成 绩 研究生 卢永杰 评卷人 学 号 200940301007 研 究 生 课 程 作 业 课程名称：电气设备状态检测与故障诊断 专 业：电力系统及其自动化 年 级：2009 级 完成时间：2011年12月 注：研究生必须在规定限期内完成课程论文，并用A4的纸张打印，加此封面装订成册后，送交评审教师。教师应及时评定成绩，并在课程结束后十天内评卷完毕。及时填写《三峡大学研究生考试成绩登记表》，并签名。其试题、试卷和成绩登记表一并送交：属研究生公共课程（含学位课和选修课），送交研究生处培养办；属院（系）开设的专业基础课和专业课，送交开课的所在院（系）。 基于小波分析的HVDC换相失败故障诊断 卢永杰 （三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌） 摘要: 将小波变换应用于高压直流输电(HVDC)系统换相失败的故障诊断中,基于多尺度分析分别对不同故障情况下的直流电流进行分解,并利用尺度能量和尺度熵这两种小波处理方法提取故障特征,分别定义两个故障诊断指标作为辨识各种故障的判据,然后针对这两个指标分别设置4个阈值以诊断直流线路故障和换相失败故障。仿真表明,在不同的HVDC系统故障情况下,暂态信号小波尺度能量和尺度熵的分布都具有一定的规律性,可分别作为判断系统故障的有效依据,提出的判据能准确地对换相失败故障做出诊断。 关键词: HVDC系统；换相失败；小波变换；尺度能量；尺度熵；故障诊断 0 引言 对高压直流输电系统(HVDC )故障快速准确的诊断是保证系统安全稳定运行的重要因素。只有正确诊断出故障的类型和原因, 才能迅速制定相应的控制保护策略, 以减少故障对系统安全稳定的影响。换相失败是HVDC系统最常见的故障之一, 它将导致直流电压下降和直流电流增大, 连续的换相失败故障将影响换流设备的正常运行，造成直流功率传输中断，严重威胁整个系统的安全稳定运行。 换相电压幅值下降和相角前移是引发逆变器换相失败的主要原因；逆变器内部触发电路的故障，如脉冲延迟、脉冲丢失、误触发等也会引起换相失败。与直流线路发生短路故障的暂态过程相似，换相失败的过程也伴随着直流电压和电流的突变，仅仅通过简单的时域或频域分析方法难以对这些故障进行辨识。一般可将人工神经网络( ANN )用于辨识不同类型的换相失败如单次换相失败、连续换相失败、多次换相失败等。但该方法是针对逆变器中单个阀提出的，整个故障诊断系统基于多个神经网络的配合和大量样本的训练，难以在实际工程中实现。 小波变换是20世纪80年代后期发展起来的应用数学分支。基于小波变换的故障诊断方法能有效地检测到非平稳信号的瞬时、奇异成分, 可用于在线实时检测。因此小波变换在电力系统暂态信号检测与分类、滤波与去噪、谐波分析、继电保护、设备状态监测等方面获得了广泛的应用。将小波技术引入HVDC 系统的故障诊断研究, 通过对故障信号的小波变换, 提取各小波层的系数进行计算分析, 从而判断故障的类型。但逆变侧交流母线的短路故障往往会造成逆变器换向电压下降U, 只有当U大于某个值时, 直流系统才会发生换相失败故障,所以在研究时不应简单地将这两种故障分别讨论,而应该综合考虑两者之间的关系。 本文中研究了HVDC系统发生换相失败和直流线路短路故障的动态行为, 利用多尺度小波变换在时域频域都具有表征信号局部特征的能力,分别采用小波尺度能量统计和小波尺度能量熵这两种特征提取方法对故障信息进行处理,设定故障诊断的判据,以实现对HVDC系统换相失败故障的正确辨识。 1 多尺度分析和小波信号处理 1.1多尺度分析 小波具有频域紧支撑和尺度伸缩的特性，其对信号的低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，而对高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率。因此，小波变换非常适合具有高频、瞬变的电力暂态信号分析。 多尺度分析(MRA)又称为多分辨率分析, 是建立在函数空间上的理论。过小波变换的伸缩、平移等运算功能对时域信号f(t)进行多分辨率分析,f(t)被分解为不同的尺度,并用它的标准正交基小波函数(t)和尺度函数t)表示,该过程可表示为 f(t)=+ (1) 式中: k 为采样点数, k= 1, 2,…,N；j 为设定的尺度,j= 1, 2,…, J。a(k)为低频子空间第J尺度下的k采样点处小波变换系数, 表示信号在小波分解后低频部分的概貌分量；d(k)为高频子空间第j尺度下的k点处的小波变换系数, 表示信号高频部分的细节分量。为了统一, 可用d(k)表示a(k)。 因此信号f(t)和各层的小波系数关系可由下式表示 c=[d|d|…d|d] （2） 暂态信号的特征可由不