专利名称：基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法。
背景技术：
在高压电网中，高压线路上输送的电流通常有数百安培甚至数千安培，这样的大电流需要经过CT (Current transformer,电流互感器)转换为IA规格或5A规格的二次小电流，然后引入继电保护装置。正常情况下，CT的二次输出电流可以真实的反映线路的一次电流。当电力系统出现故障时，系统的网络参数发生突变，故障电流产生基波幅值和相位的改变，但由于系统电感具有抑制电流突变的特性，因此故障电流中往往含有非周期性的衰减直流分量。由于非周期分量绝大部分不能通过线圈传变到电流互感器副边，因此会导致CT的铁芯进入饱和区，铁芯磁导率迅速下降，励磁阻抗减小，励磁电流增加，使得一次侧部分电流通过励磁支路出现分流，从而导致CT 二次侧电流出现较为严重的缺省，电流波形出现畸变，不能准确传变一次侧电流。近年来，国内外学者总结了各种影响CT饱和程度的因素，但结论主要根据经验得至IJ。这些影响CT饱和程度的因素包括一次侧电流波形、CT 二次侧负载、铁芯剩磁、电流互感器匝数以及故障情况( 故障起始角、故障距离和故障类型)。电力系统继电保护中，电流差动保护由于其优异性被广泛应用于变压器、输电线路和发电机等保护中。高压输电系统继电保护装置的可靠性是电力系统安全稳定运行的保证，当被保护线路发生区外故障时，很大的故障电流和衰减直流分量会导致CT很快发生饱和，从而使CT 二次侧的电流波形发生畸变。由于两侧CT暂态响应上的差异，在CT 二次侧可能产生很大的差流，导致CT铁心饱和进而造成继电保护误动、拒动或延时动作等现象。因此，为解决这一问题，需要及时的将CT饱和检测出来，以便采取相应的策略(如闭锁)来防止CT饱和对继电保护的影响。目前，用于CT饱和的检测方法主要有以下几种:差分法:依据二阶差分、三阶差分在奇异点处将会出现模极大值的原理，可以通过二阶、三阶差分法检测差分电流中出现的模极大值，进而判别CT饱和的进饱和点和出饱和点。但是差分法容易受到噪声干扰的影响，并且在轻度饱和的情况下难以检测到出饱和点，故该算法稳定性差。谐波比法:天津大学的贺家李教授等学者提出采用谐波比来检测铁心饱和。当CT未饱和时的谐波含量近似为零，而饱和时，由于二次侧电流出现缺损和畸变，其结果等效于工频电流叠加上了高次谐波的电流信号。因此，只要计算出二次电流中的谐波比，就能确定CT是否饱和。但是谐波比法不能实现实时检测，同时，随着电力电子设备的广泛应用，电力系统中的谐波含量大大增加，将会影响谐波分析的计算结果，从而造成检测错误。小波检测法:小波检测法也被广泛应用于检测CT饱和。小波检测法基于二次电流在CT进、出饱和点时出现奇异点的特征，信号的奇异性指数可以通过小波变换模极大值在不同尺度的数值计算出来，以此判别CT是否饱和。但是小波检测法要求信号的采样率较高，同时该方法对各类噪声和微弱信号比较敏感，稳定性和可靠性差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种步骤简单、延时小、抗噪性强以及准确度和稳定性高的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法。本发明的目的通过下述技术方案实现:基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，包括以下步骤:(I)采集CT 二次侧的电流信号I1 ；(2)以fs的采样频率对步骤(I)中采集到的CT 二次侧的电流信号I1进行采样，得到CT 二次侧电流信号I1在各采样点处的采样值；(3)利用基于形态学梯度小波理论的近似分析算子对CT 二次侧电流信号I1各采样点处的采用值进行处理，得到每个采样点处的近似输出信号X1 (n)，然后利用基于形态学梯度小波理论的细节分析算子对近似输出信号X1(H)进行处理，得到CT 二次侧电流信号I1在每个采样点处的细节输出信号yjn);(4)利用数学形态学开闭运算对每个采样点处的细节输出信号yi(n)进行平滑处理，得到每个采样点处的电流信号f；，然后利用数学形态学高帽变换对电流信号f；进行局部放大处理，得到每个采样点处的电流输出信号Tth(f；)；(5)通过电流输出信号TTH(f；)得到检测结果T:将电流输出信号TTH(f；)为非零值处采样点对应的检测结果T设定为a，将电流输出信号TTH(f；)为零值处采样点对应的检测结果T设定为b ；(6)根据检测结果T判断CT 二次侧的电流信号I1的进饱和点、出饱和点及饱和区域:若检测结果为a处的采样点的前一个采样点的检测结果为b，则检测结果为a处的采样点为进饱和点，若检测结果为a处的采样点的后一个采样点处检测结果为b，则检测结果为a处的采样点为出饱和点，其中检测结果为a的采样点区域为电流互感器二次侧的电流信号I1的饱和区域。优选的，所述步骤(3)中利用近似分析算子对CT 二次侧电流信号I1进行近似处理，得到每个采样点处的近似输出信号X1 (n)为:X1 (n) =median {x0 (2n-l), x0 (2n), x0 (2n+l)} = ￥ 1 (x0) (n), n=l, 2,3...；x0(2n-l)、x0 (2n)和x0(2n+l)分别为CT 二次侧电流信号I1在采样点2n_l、2n和2n+l采样点处的采样值，median表示三个采样值中的中间值。更进一步的，所述步骤(3)得到CT 二次侧电流信号I1在每个采样点处的细节输出信号为:Y1 (n) =X0 (2n+k)-X1 (n)+X0 (2n_k) = W ' (x0) (n), n=l, 2,3...；其中X。(2n+k)和xQ (2n_k)分别为CT 二次侧电流信号I1在采样点2n+k和2n_k采样点处的采样值。更进一步的，所述k值为3。优选的，所述步骤(4)中细节输出信号71(11)通过数学形态学开闭运算进行平滑处理后得到每个采样点处的电流信号f;为:
权利要求
1.基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)采集CT二次侧的电流信号I1 ； (2)以fs的采样频率对步骤(I)中采集到的CT二次侧的电流信号I1进行采样，得到CT 二次侧电流信号I1在各采样点处的采样值； (3)利用基于形态学梯度小波理论的近似分析算子对CT二次侧电流信号I1各采样点处的采用值进行处理，得到每个采样点处的近似输出信号X1 (n)，然后利用基于形态学梯度小波理论的细节分析算子对近似输出信号X1(H)进行处理，得到CT 二次侧电流信号I1在每个采样点处的细节输出信号yi(n); (4)利用数学形态学开闭运算对每个采样点处的细节输出信号yi(n)进行平滑处理，得到每个采样点处的电流信号f；，然后利用数学形态学高帽变换对电流信号f；进行局部放大处理，得到每个采样点处的电流输出信号Tth(f；)； (5)通过电流输出信号TTH(f；)得到检测结果T:将电流输出信号TTH(f；)为非零值处采样点对应的检测结果T设定为a，将电流输出信号Tth(f；)为零值处采样点对应的检测结果T设定为b ； (6)根据检测结果T判断CT二次侧的电流信号I1的进饱和点、出饱和点及饱和区域: 若检测结果为a处的采样点的前一个采样点的检测结果为b，则检测结果为a处的采样点为进饱和点，若检测结果为a处的采样点的后一个采样点处检测结果为b，则检测结果为a处的采样点为出饱和点，其中检测结果为a的采样点区域为CT 二次侧的电流信号I1的饱和区域。
2.根据权利要求1所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中利用近似分析算子对电流互感器二次侧电流信号I1进行近似处理，得到每个采样点处的近似输出信号X1(H)为: X1 (n) =median {x0 (2n-l), x0 (2n), x0 (2n+l)} = ￥ 1 (x0) (n), n=l, 2,3...； x0(2n-l),x0(2n)和xQ(2n+l)分别为电流互感器二次侧电流信号I1在采样点2n_l、2n和2n+l采样点处的采样值，median表示三个采样值中的中间值。
3.根据权利要求2所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述步骤(3)得到CT 二次侧电流信号I1在每个采样点处的细节输出信号yi(n)为: Y1 (n) =x0(2n+k)-X1 (n)+x0 (2n-k) = w ' (x0) (n), n=l, 2, 3...； 其中X(l(2n+k)和X(l(2n-k)分别为CT 二次侧电流信号I1在采样点2n+k和2n_k采样点处的采样值。
4.根据权利要求3所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述k值为3。
5.根据权利要求1所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中细节输出信号71(11)通过数学形态学开闭运算进行平滑处理后得到每个采样点处的电流信号f；为: Jr=^yio s+y\*s^ ^ yi°g = y\ g g,
6.根据权利要求5所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中利用数学形态学高帽变换对电流信号f；进行局部放大处理后得到的每个采样点处的电流输出信号Tth(f；)为:
7.根据权利要求6所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述数学形态学结构元素g为:g={0!, O2,…，Oh, O1, }。
8.根据权利要求7所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述数学形态学结构元素g为:g={0, 0,0}。
9.根据权利要求1所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中采样频率仁为4kHz。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述步骤(5)和步骤(6)中a的值为l，b的值为0，或a的值为0，b的值为I。
全文摘要
本发明公开了一种基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法，包括以下步骤(1)采集CT二次侧的电流信号I1；(2)对I1进行采样，得到I1在各采样点处的采样值；(3)利用基于形态学梯度小波理论的近似分析算子和细节分析算子依次对I1各采样点处的采用值进行处理，得到I1在每个采样点处的细节输出信号y1(n)；(4)利用数学形态学开闭运算对y1(n)进行平滑处理，得到电流信号fr，利用数学形态学高帽变换对fr进行局部放大处理，得到电流输出信号TTH(fr)；(5)通过TTH(fr)得到检测结果T；(6)根据检测结果T判断CT二次侧的电流信号I1的进饱和点、出饱和点及饱和区域。本发明的检测方法具有步骤简单、延时小、抗噪性强以及准确度和稳定性高等优点。
文档编号G01R31/00GK103245860SQ20131015038
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者吴青华, 何奇, 季天瑶, 李梦诗 申请人:华南理工大学