探究小波分析理论在电力系统中的应用

朱 岚 唐天聪

（重庆旅游职业学院，409000）

小波变换理论是分析奇异突变信号、非平稳变化信号的最佳理论，也是数值分析、样条分析以及调和分析等多种分析手段综合的最佳结果。由于其具备良好的时频局部特性，因而在暂态信号、非平稳信号处理方面有独到之处。小波分析能够从故障暂态分量中及时准确提取故障信息，并且利用数据高速采集技术对暂态信号进行分析，因此其在电力系统中的应用较为广泛。

1 电力系统故障检测中的小波分析应用

电力系统发生故障时，如果是三相短路方面的故障，其电信号仍然是连续的，如果是电压问题，其导数就不是连续的。

信号的关键特征就是异变性与奇异点，正是由于小波变换具有较强的局部化特性，因此利用小波分析进行信号奇异性研究具有很好的效果。通过实际分析可以发现，发生故障的信号奇异点与其小波变换模的极大值相对应，正如小波变换在信号的一些特殊点上也存在极大值一样。然而这两个极大值点会在数值上存在差别，因此要通过一些手段进行分析。

当发生电力系统故障时，经常会使电流幅值与电压产生剧烈变化，这时正常信号发出的小波变换模的极大值就会小于故障信号发生的小波变换模极大值的数值。所以，研究人员可以依据保护范围之内电气量额定值，对小波变换模极大值进行门槛值的设置。[1]具体步骤为：一，当小波变换模极大值在测量时比门槛值小时，则可以判断其运行正常；二，当小波变换模极大值在测量时比门槛值大时，则可以判断其存在故障，此时可以通过模极大值点对信号奇异点进行探测：如果信号奇异点存在，说明电力系统存在故障，则该点即为故障发生的点；如果信号奇异点不存在，则说明系统运行正常，也就说明模极大值点越限的原因是由噪音而来。

由于运行正常的电力系统在三相输电线路的电压幅值都是确定的，因此可以根据电压幅值进行门槛值的合理设定。

2 脉冲信号波形检测中的小波分析应用

传统的方法在检测脉冲信号时难以将波形信号的时域突变性体现出来，而小波变换分析理论则能够很好地展现出脉冲信号的波形特征，因此将小波分析理论应用在脉冲信号波形检测中具有非常重要的作用。

目前，对脉冲信号进行波形检测通常是利用时域特性参数的检测方法进行。在典型状况下，脉冲信号时域性几乎都是在测量单位与一定尺度之上存在的，因而能够通过脉冲对比或波形变化的手段来获得。[2]进行信号时域参数测量过程大致能分为两个时期，即脉冲波形转换时期与分析时期，因此可以从通过以下几个方面进行脉冲过程的测量：（1）测量脉冲及脉冲变形，这一阶段是脉冲波形转换的初期；（2）对脉冲波形进行分析，从而确定脉冲信号在特征值点的具体幅度；（3）判断实际脉冲与一定精度下的脉冲波形特征值幅度对比状况。

对脉冲进行分析的关键就是参考脉冲波形，它是指以幅度值序列、公式以及图形中的任一形式来定义的，而且充分满足在待测信号产生整个过程的理想状态。实际的脉冲波形与参考脉冲具有很高的相似度，然而由于在设备、工艺等方面的因素，导致参考脉冲波形与实际设备生产出来的波形还是存在一定差异的。[3]而通过全面分析脉冲远、近、中三点与低端、顶端信号状况，就可以实现脉冲信号检测的目的。

由于脉冲信号具有一定的连续性，如果其发生突变或者变化频率过大时，脉冲信号的小波尺度谱图必定会出现一个或数个尖峰，充分利用这一特征就能检测脉冲的奇异性。而高斯噪声的能量分布在时间尺度上时均匀的，因而在小波变换的尺度谱图上不可能出现十分明显的尖峰现象。因此可以说，如果脉冲信号中含有高斯噪声的话，利用小波变换方法进行检测具有良好的抵抗噪音的效果。

3 电网谐波检测中的小波分析应用

现阶段电网谐波一般都是通过电能质量分析仪进行检测的，但由于这种仪器的价格过于昂贵，投入成本太高[4]。因此在测量电网谐波的过程中，利用成本低廉、便捷灵活的测量方式，具有十分重要的现实意义。

一般说来，脉冲实际信号的平稳性都不是很高，这种非平稳信号的主要特性就是频域、时域特性，而小波变换理论则是用于信号频域分析的有效理论，其在低频部分的时间分辨率较低、频率分辨率较高，其在高频部分的频率分辨率较低、时间分辨率较高。所以，小波变换分析在谐波分析方面具有更精准与更直观的特点。

小波分析理论在电力系统中的应用不仅体现在以上三个方面，其在故障测距与变压器保护方面同样有着广泛的应用。小波分析在故障测距中对信号突变情况具有良好的检测功能，而在变压器保护方面，则能够轻松对空载涌流进行判断，并且能够轻动分辨出故障电流与励磁涌流。

4 结 语

随着计算机网络技术的快速发展，小波分析理论在电力系统应用中的诸多优点逐渐体现出来。由于小波分析的方法精确、性能良好，因而对在电力系统故障检测与电网谐波检测等方面的应用非常重要，其对于提升微机电力保护系统的快速性与稳定性，都具有不可替代的作用。

[1]张继锋，冯兵，商磊磊.基于小波分析的MT静态效应识别及校正[J].煤田地质与勘探，2014(04).

[2]周鑫鑫，小波分析及数学形态学在电力系统故障暂态信号处理中的应用[J].经营管理者,2010(07).

[3]赵广超，汤金华，黄继锋，葛飞龙.小波分析在电力系统谐波治理中的应用[J].微型机与应用,2011(02).

[4]周潮.基于小波理论的电力系统故障分析研究[J].科技视界，2013(26).