基于Hausdorff距离算法的变压器励磁涌流和故障差流识别方法
【技术领域】
[0001]本发明一种基于Hausdorff距离算法的变压器励磁涌流和故障差流识别方法，涉 及变压器差动保护领域。
【背景技术】
[0002] 现有变压器差动保护广泛采用二次谐波制动判据，用于对变压器励磁涌流进行识 另IJ。但实际运行表明，二次谐波制动判据存在局限性，例如在差动电流为对称性涌流时，其 二次谐波含量较低，会导致二次谐波制动判据失效而差动保护误动;在变压器带高阻内部 故障空载合闸时，差流中除故障电流外含有明显励磁涌流，会增大二次谐波含量，导致二次 谐波制动判据误闭锁差动保护。基于间断角原理和波形对称原理的励磁涌流判据也存在类 似局限性。
[0003] 近年来，针对上述传统励磁涌流识别方法应用于变压器差动保护的不足，研究者 提出了许多新的方法，大体分为两类：
[0004] -类是引入电压量，构成电压变化和差流变化(或磁通变化等)时间差的涌流识别 判据，但由于引入电压量，因而需要考虑电压互感器暂态特性，电压互感器断线故障时保护 需要退出。
[0005] 第二类是基于电流波形特征的涌流识别方法，例如，基于波形相关性的励磁涌流 识别方法，基本点都是利用故障差流波形与正弦波贴近、而励磁涌流与正弦波相差较大的 特点，辅助加以数学处理方法(数学形态学、模糊集合理论、小波变换等)或是定义一个的相 关系数或波形系数，利用半个到一个周波的数据窗对差流波形与正弦的贴近度进行一个计 算，根据计算值大小来确定是涌流还是故障差流。前者涉及到复杂数学分析方法，计算量大 实现复杂且对装置硬件要求高；后者对差流波形平滑度要求较高，因此需要对其所含非周 期分量和谐波等干扰进行滤波处理，在加上算法本身至少需要半个到一个周波时窗，因此 识别过程延时较长，在内部故障时延时至少3/4个周波才能作出反应。同时，以上算法对差 流序列采样点数据完整性要求较高，某些采样点的丢失可能对算法结果影响很大，导致保 护误判。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供了一种基于Hausdorff距离算法的变压器励磁涌流和 故障差流识别方法，该方法利用Hausdorff距离算法在波形相似性判别中的优势，对涌流、 包括对称性涌流；以及故障差流、包括故障电流叠加典型涌流的波形形态整体特征的差别 进行直接判断，保证变压器差动保护正确动作。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：
[0008] 基于Hausdorff距离算法的变压器励磁涌流和故障差流识别方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1:在一定的采样率下，每周波N点，采集变压器差动保护两侧电流互感器二次 电流并形成差流信号序列I;
[0010] 步骤2:判别步骤1中差流信号序列I的值是否超过差动保护启动元件的整定值，若 超过，则启动本发明所提判据进行故障差流和励磁涌流的判别；
[0011] 步骤3:对差流信号序列I采用1/4周波数据窗，即N/4个点，进行极值判断获取，若 获取极值小于设定门槛，则判为励磁涌流;若获取极值大于设定门槛，则用该极值Ik作为基 准，对差流信号序列I进行标幺化计算，形成标幺化差流序列4 -,?^ι,Χ.^Ν 同时，形成幅值为1标准正弦波序列Bi，i = l，2,…N，序列B的极值与序列A的极值对应；
[0012] 步骤4:将标幺化后的差流序列A作为Hausdorff距离算法目标图形的边缘特征点， 将幅值为1的标准正弦波序列B作为Hausdorff距离算法模板图形的边缘特征点，根据式 (1)、（2)和(3)计算出两者之间的Hausdorff距离值序列Hi，i = l，2,…N;
[0013] 步骤5:将步骤4中Hi值与设定的Hausdorff距离门滥值Hset进行比较，低于该门滥 值，则判为内部故障，保护动作;高于该门槛值则判为励磁涌流，闭锁保护。
[0014] 采用Hausdorff距离算法对标么化差动电流序列和标准正弦波序列进行波形相似 度识别。
[0015] 本发明基于Hausdorff距离算法的变压器励磁涌流和故障差流识别方法，技术效 果如下：
[0016] l:HaUSd0rff距离算法不涉及信号从时域到频域的投射，因此时间窗的设置可以 更灵活。运用到差动保护时只需1/4周波时间窗即可，一般情况5ms能作出正确判断；1/4周 波时间窗的Hausdorff距离计算时间为DFT计算时间的1/3到1/2之间，本方案快速性好。
[0017] 2:本发明方法考虑的是波形整体特征的一致性，而对采样点的时域对齐及采样率 的统一性并没有严格要求，在不更换已有采样设备的前提下，能够实现差动保护范围及策 略的灵活布置
[0018] 3:本发明方法比较整体波形，差动电流采样序列中个别数据点的丢失，并不影响 其对图形整体特征的判断，具有很强的抗数据丢失能力，优于实时采样差动算法。
[0019] 4:本发明方法首先对差动电流序列进行标么化处理，只保留序列波形的整体特 征，因此不受差流序列中非周期分量和谐波分量干扰。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0021] 图la是本发明标幺化内部故障差流与标准正弦波相似性比较图；
[0022] 图lb是本发明标幺化空载合闸典型单向励磁涌流与标准正弦波相似性比较图； [0023]图lc是本发明标幺化空载合闸对称性涌流与标准正弦波相似性比较图；
[0024]图Id是本发明标幺化带故障合闸故障电流叠加涌流与标准正弦波相似性比较图。 [0025]图2是本发明方法的流程图。
[0026] 图3是本发明的空载合闸单向典型励磁涌流波形和判据Η值计算结果图。
[0027] 图4是本发明的对称性涌流波形和判据Η值计算结果图。
[0028] 图5是本发明的故障电流叠加励磁涌流波形和判据Η值计算结果图。
[0029] 图6是本发明的正常内部故障差流波形和判据Η值计算结果图。
[0030] 图7是本发明的空载合闸后发生内部故障差流波形和判据Η值计算结果图。
[0031] 图8是本发明的变压器区外故障转区内故障差流波形和判据Η值计算结果图。
【具体实施方式】
[0032] 基于Hausdorff距离算法的变压器励磁涌流和故障差流识别方法，包括以下步骤：
[0033] 步骤1:在一定的采样率下，每周波N点，采集变压器差动保护两侧电流互感器二次 电流并形成差流信号序列I;
[0034] 步骤2:判别步骤1中差流信号序列I的值是否超过差动保护启动元件的整定值，若 超过，则启动本发明所提判据进行故障差流和励磁涌流的判别；
[0035]步骤3:对差流信号序列I采用1/4周波数据窗，即N/4个点，进行极值判断获取，若 获取极值小于设定门槛，则判为励磁涌流;若获取极值大于设定门槛，则用该极值Ik作为基 准，对纖彌臟匪胤臟繼臟^ ^ hk-%) ;
[0036]其中：N表不每周波米样点数，Ii表不差流米样信号，Ik表不1/4周波数据窗内获取 的差流序列极值，仏表示标么化差流信号。k表示序列编号，一周波采样80点，N = 80,四分之 一的周波就是20个点，k就可能使1到20中的一个。
[0037]同时，形成幅值为1标准正弦波序列Bi，i = l，2,…N，序列B的极值与序列A的极值 对应；
[0038]步骤4:将标幺化后的差流序列A作为Hausdorff距离算法目标图形的边缘特征点， 将幅值为1的标准正弦波序列B作为Hausdorff距离算法模板图形的边缘特征点，根据式 (1)、（2)和(3)计算出两者之间的Hausdorff距离值序列Hi，i = l，2,…N;
[0039] 步骤5:将步骤4中Hi值与设定的Hausdorff距离门滥值Hset进行比较，低于该门滥 值，则判为内部故障，保护动作;高于该门