基于振动信号短时能熵比与DTW的高压断路器状态评估及故障诊断

针对高压断路器在线监测问题,提出了一种基于短时能熵比与动态时间规整(dynamic time warping, DTW)算法的高压断路器状态评估及故障诊断方法。首先对断路器正常工况下的振动信号与未知工况下的振动信号分别进行分帧,依次计算2组振动信号的短时能熵比;然后以正常工况信号计算得到的短时能熵比作为基准向量,以未知工况信号计算得到的短时能熵比作为测试向量输入DTW,得到2个输入向量的最优匹配路径;最后根据匹配路径的变化曲线判断断路器的工作状态。为验证该诊断方法的优越性,将原始信号及原始信号的短时能量作为输入向量输入DTW,结果表明,以短时能熵比作为DTW输入向量的故障诊断方法仅需1组正常工况下的振动信号作为基准,可快速、准确、直观地对断路器的运行状态进行评估判断,并可应用到高压断路器的在线监测中。     

结合DTW与改进STLCS的动态手势认证研究

智能手机用户身份认证是保证手机信息安全的重要方法。为了有效利用人体动态手势局部变化特征并提高认证精确度,提出一种结合动态时间规整与改进短时最长公共子序列算法的动态手势认证方法。在第一级认证阶段利用基于欧式距离的动态时间规整算法进行手势加速度信号全局相似度度量,判断相似度分值是否处于容错区间内,引入短时滑动窗口用于获取手势局部变化特征并采用最长公共子序列算法进行第二级认证。实验结果表明,针对模仿动作攻击,等错率达到了1.11%,比已有的LCS模型降低了0.97%,比已有的DTW模型降低了1.91%,有效提高了认证精度,加强了认证系统抵御模仿动作攻击的能力。     

基于时间序列压缩动态时间弯曲距离故障区段定位

针对基于暂态零模电流相关系数法的配电网故障区段定位方法存在数据处理量大且需要时间同步问题,提出一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲(DTW)距离的小电流接地故障区段定位方法。先对终端控制单元(FTU)采集的故障录波数据预先处理,只提取故障发生后一个工频周波内的初始值、极值以及两极值点之间数据变化差值最大的两点,再将新的时间序列上传至主站,最后由主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻FTU零模电流的相似性来进行故障区段定位。通过算法对比分析可得,在抗同步误差能力和信号幅值反应能力上,DTW算法较强于相关系数法;在直流分量表达能力上,两算法效果基本一致。此外,数据压缩后的新时间序列在DTW距离上的相似度表达能力基本与原时间序列相同,但数据处理量减少了至少一半以上。大量ATP/EMTP仿真说明文中所提方法能在不同故障角、接地电阻、故障位置下准确判出故障区段。     

基于通道级联高频并采的配电终端高速采样方案设计与实现

目前国网配电终端的招标量越来越大,且对配电终端产品的功能要求也越来越多,除了要保证基本的三遥与历史数据记录功能外,还需要具有小电流接地判断能力.对于小电流接地算法,需要大采样率作为支撑,以便于抓取接地瞬间的暂态特征波形并计算高次谐波.常规装置硬件设计都是采用高性能的 CPU 处理器,比如 PowerPC加FPGA 实现高速采样与计算,但是这样的方案设计使得装置硬件成本直线上升.为此,设计一种配电终端用的低成本高速高性能解决方案,该方案能够提供每周波160点 (8kHz)的高采样率和低中断计算负荷率 (１kHz)来满足小电流接地功能的需求.通过实际测试,该方案可以在普通的低端平台 CPU 上实现高采样率,并以低中断负荷率进行算法计算;通过继电保护测试仪加量测试,能够正确识别接地波形,且对接地波形能够正常进行故障录波,对降低配电终端产品成本起到了促进作用     

基于改进DTW的行波波形相似性的高压直流输电线路保护方案

直流输电线路单端量保护不能实现绝对选择性,对于纵联保护,需要考虑故障暂态时的电容电流和两侧采样数据的同步性。区外故障时直流输电线路满足行波特征不变性,线路两侧波形的相似度高,区内故障破坏了行波特征不变性,线路两侧波形的相似度低,由此提出一种基于改进动态时间弯曲(dynamic time warping,DTW)的行波波形相似性的高压直流输电线路保护方案。DTW算法通过对时间轴的伸缩,实现2个序列的动态匹配,具有良好的耐同步特性。基于改进DTW的保护方案,在启动判据启动后,计算线路两侧故障行波波形之间的改进动态时间弯曲距离,建立识别直流线路区内外故障的判据。仿真结果表明,该算法能够准确识别区内外故障,不存在保护死区,具有较好的耐同步性,耐受过渡电阻能力强,具有一定的抗噪声和抗异常数据的能力。     

基于FDTW算法的故障录波数据智能比对方法

针对智能变电站保护装置故障录波文件无通道标识信息、难以与同源通道故障录波器录波文件相互对应的问题，提出一种基于快速动态时间规整(fast dynamic time warping, FDTW)算法的故障录波数据智能比对方法。首先，对各厂站提取的故障录波数据进行异常检测，确保故障录波文件中数据的质量。其次，利用拉格朗日插值法进行采样频率转换，解决保护装置与故障录波器采样频率不一致的问题。然后，利用欧氏距离对同源录波文件数据进行波形一致性对齐，以实现时钟同步。最后，使用FDTW算法对无通道标识信息的故障录波数据进行智能比对。算例分析表明，该方法能够对故障录波数据进行一致性处理，可以快速准确地计算待匹配录波波形的相似度，实现同源通道的录波数据匹配，具备较强的稳定性和实时性。     

基于采样序列自相关的小电流接地波形预处理方法

小电流接地故障发生时刻前的配电线路波形形态,直接影响到小电流接地检测算法的准确性和适应性,提出了一种基于采样序列自相关的小电流接地波形预处理方法,可以在接地算法启动后快速分析故障前的零序电压、零序电流波形形态,为接地算法滤波参数及配置参数的自适应提供数据支撑,现场故障录波回放试验结果表明,所研究的波形预处理方法可快速有...     

基于零序电流波形相似度的接地故障定位方法

为了准确定位小电流接地系统中单相接地故障点,在中心站故障定位系统架构下,基于暂态录波故障指示器,将故障定位转化为比较零序电流相似度的问题。在对线路拓扑结构采用六位数编码进行描述的基础上,设计了基于离散均方根距离的故障定位算法。通过仿真模拟实际运行中可能出现的各种接地故障,并进行定位试验。测试结果表明,将对比零序电流波形相似度应用到配电自动化在线监测领域中进行接地故障定位是可行的。     

基于动态规整与Park矢量离心变化率的风电机组变流器健康状态评估

针对风电机组变流器绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块故障率高且故障发生在较短时间尺度上的情况，提出基于动态规整与Park矢量离心变化率的变流器IGBT健康状态评估方法，利用动态规整算法建立相似度计算模型，计算三相波形的最小规整距离与波形相似度并实现变流器运行状态判断；利用Park矢量椭圆离心率与变化率进行IGBT状态评估并设定评估指标。分别通过仿真及实际运行数据验证。验证结果表明，该方法具有较好的实用性，在故障发生前波形相似度逐渐降低，Park矢量离心率变化趋势持续增大，表明这种算法模型能够明显区分正常波形与异常波形。采用该方法能及时反映变流器健康状态，可以有效避免由于IGBT故障而导致电力电子系统关闭或损坏的情况。     

暂态录波型故障指示器的单相接地故障研判应用

实际工程应用中,常采用暂态录波型故障指示器与配电自动化主站相配合的方法对配电网单相接地故障进行定位。本文针对现场暂态录波型故障指示器应用效果,对故障指示器安装过程中可能出现的反向、错相问题,提出了基于稳态特征的波形预处理方法,对故障指示器运行过程中可能出现的三相录波不同步问题,提出了总体最小二乘-基于旋转不变技术的信号参数估计(total least square-estimation of signal parameters via rotation invariance techniques,TLS-ESPRIT)波形同步校正方法,修正故障指示器录波波形,提升波形可用性。针对故障指示器采样频率较低、瞬时暂态波形特征误差较大等问题,提出了基于相关系数法的故障定位算法,提升主站单相接地故障定位准确性。最后,通过现场实际案例验证了文中所提方法能有效校正故障指示器录波波形、准确定位接地故障,提升配网接地故障处理能力。     

基于能量谱相似度自适应聚类的配电网接地故障区段定位方法

分析谐振接地系统发生单相接地故障时各区段故障暂态零序电流的相似性特征,提出基于故障暂态零序电流Hilbert瞬时能量谱相似性自适应仿射传播聚类(adAP)的故障区段定位方法.所提方法对故障后首半个工频周期的故障线路各区段的故障暂态零序电流进行局部特征尺度分解(LCD),对得到的各频带波形进行Hilbert变换得到Hilbert瞬时能量谱.计算Hilbert瞬时能量谱两两间的动态时间弯曲距离,对动态时间弯曲距离构成的相似度矩阵进行adAP,根据Silhouette指标最高的聚类情况定位故障区段.在电弧故障、存在分布式消弧线圈系统、不同消弧线圈补偿度系统、噪声干扰、两点接地、采样不同步的场景下的仿真结果和现场数据验证结果表明,所提方法能克服工程应用中可能存在的影响,鲁棒性好、准确度高.     

采用S变换相位差及能量相对熵的换流变零序差动保护新判据

针对换流变压器零序差动保护误动现象,提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算法的换流变零序差动保护新判据。通过分析换流变压器区内各类故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的相位和能量概率分布差异进行识别。当发生区外故障时,零序差动保护两侧零序电流的波形极为相似,其相位差和能量相对熵值都基本为0。当发生区内故障时,零序差动保护两侧零序电流相位相反且波形相似度小,其相位差接近180°且能量相对熵值增大。仿真验证表明,该判据可准确迅速识别区内与区外故障,其性能不受故障类型和过渡电阻的影响,且具有一定的抗电流互感器饱和的能力。     

用波形拟合法识别变压器励磁涌流和短路电流的新原理

提出了一种利用波形特征区分变压器励磁涌流和内部故障的新方法。该方法基于涌流波形畸变严重的基本思想,能够利用较短的数据窗,预测出相应的标准正弦波,通过分析实际采样波形与标准正弦波的相似程度来区分变压器励磁涌流和内部故障。理论分析和EMTP仿真均表明：该方法数据窗较短,特征明显,识别正确,不受电流互感器饱和的影响等。     

改进分段线性表示与动态时间弯曲相结合的负荷曲线聚类方法

聚类分析是负荷特性分类与综合的基本方法。针对现有聚类方法应用于基于电网大数据平台的在线负荷建模中在聚类质量、鲁棒性等方面表现的不足,提出一种改进分段线性表示(IPLR)的日负荷曲线降维方法。利用IPLR对数据组进行自适应降维重构的优点,与动态时间弯曲(DTW)距离适用于不等维时间序列间相似度衡量的特点相结合,构造出IPLR与DTW距离相结合的日负荷曲线聚类方法。首先,根据负荷曲线相邻及间隔采样点变化量,提取负荷曲线的特征点,对曲线进行自适应降维重构;然后,以DTW距离作为曲线相似度衡量指标,运用基于Canopy的K均值(CK-means)算法对降维数据组展开聚类分析。将所提出的方法应用于中国某省区电网典型用户日负荷曲线的分类与综合,结果表明所提降维方法与相似度衡量方法相契合,具有良好的综合性能,适用于变电站综合负荷行业构成比例解析。     

基于改进动态时间弯曲距离算法的直流配电网线路纵联保护方案

故障阻断型换流器构建的直流配电网采用主动限流控制后,将导致故障电流特性复杂化,严重影响保护的动作性能。在对直流配电网主动限流控制下故障电流特性进行分析的基础上,根据区内、外故障下线路两侧电流波形的差异,提出了一种基于改进动态时间弯曲距离(DTW)算法的线路纵联保护方案。该方案利用线路两侧电流采样值时间序列计算DTW,根据区内故障下DTW值远大于区外故障下DTW值的特征识别故障线路。通过电压梯度构成启动判据,对DTW算法起始时刻进行自校正,同时引入加权函数对DTW算法进行改进,以抑制边缘效应,从而有效降低同步误差对保护的影响,提高保护可靠性。算例分析表明所提保护方案在不同电网运行方式下均可正确区分区内、外故障,适应性强,同时具有良好的耐受过渡电阻和分布电容电流的能力。     

结合EMD-WVD和布谷鸟搜索算法的输电线路故障暂态保护

为促进基于波形唯一性暂态保护原理的实用化,提出了一种结合经验模态分解-维格纳威尔分布（EMD-WVD）和布谷鸟搜索算法的输电线路暂态保护方法。该方法利用EMD处理故障暂态信号,得到不同频段的单分量信号;采用波形相关性系数对各单分量信号分别与原暂态信号进行相似度计算,筛选真实暂态信号分量。然后,对真分量分别求WVD,并将所有真分量的WVD进行线性叠加获得的能量谱密度图与故障样本库中的能量谱密度图不断迭代匹配计算相似度,依据相似度判别区内外故障,实现输电线路故障快速可靠保护。仿真结果表明,EMD-WVD方法能有效提高故障暂态波形分析的准确度,布谷鸟搜索算法能有效提高波形匹配速度,两者结合有望促进暂态保护的实用化。     

基于波形时域分布特征的变压器励磁涌流识别

提出了一种基于波形时域分布特征的新型变压器励磁涌流识别方法。文中在直方图技术的基础上定义电流波形分布系数,分析了变压器内部故障电流和励磁涌流的波形分布特征,在此基础上将两个不同子区间的分布系数的比值定义为波形分布特征系数,提出了根据该系数大小来识别励磁涌流的具体实现方案,并分析了确定子区间数目的理论依据。利用动模实验和数字仿真数据对本方法做了验证分析,结果表明:本方法计算量小,能快速区分励磁涌流和故障电流,在可靠性和灵敏性等方面的性能优于目前的二次谐波判据和间断角判据。     

基于互近似熵的电压暂降波形匹配方法

随着越来越多电压暂降敏感设备接入电网,因电压暂降干扰带来的直接及间接经济损失日趋严重,这对供电质量提出了更高要求,准确识别暂降源是治理电压暂降问题中必不可少的步骤。文中分析了各类短路故障引起的电压暂降类型及其经变压器传变后暂降波形的变化情况,并根据理论分析建立各类暂降的标准样本波形。提出了一种基于互近似熵原理的电压暂降源辨识方法,通过计算实测波形与样本波形之间的互近似熵,直接进行相似度匹配,实现故障暂降类别的准确识别,并利用电网实测数据对该方法进行验证。结果表明该方法与实际工程相贴合,具有很强的实用性。     

Application of modified Wigner distribution method to voltage flicker-generated signal studies

With the time–frequency localization characteristics embedded in Wigner distribution, the time and frequency information of a waveform can be both integrally presented. Yet, due to the cross-term problem, the inspection performance is often affected. Therefore, in this study, with the assistance of a window function design, we have proposed a modified Wigner distribution method and applied to voltage flicker-generated signal analysis. This approach not only effectively reserves the merits of Wigner distribution and short-time Fourier transform, but also highly decreases the probability of cross-term occurrence. In order to confirm the feasibility of the method, it has been tested to inspect several voltage flicker-generated signals collected from both simulated waveforms and field measurements. Test results support the feasibility of the method for the application investigated.     

Analysis of terminal voltage waveform of AC exciting synchronous generators

Recently, adjustable speed hydroelectric power systems have been developed. In those power systems, ac exciting synchronous generators are used instead of the ordinary salient-pole-type synchronous machines. However, some higher harmonic sequences are included in the distribution of air-gap magnetic flux density and in the terminal voltage waveform of the ac exciting synchronous machines because these machines have open winding slots. To develop better machines without terminal voltage waveform distortions, an evaluation method of the terminal voltage harmonics has been needed. This paper describes the mechanism of higher harmonics generation qualitatively and proposes an analytical method of no-load terminal voltage waveforms on the basis of two-dimensional magnetic field analysis considering movement of the rotor for quantitative higher harmonics analysis. The analytical results of higher harmonics show good agreement with the experimental ones.