基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法
【技術領域】
[0001]本發明一種基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，涉 及變壓器差動保護領域。
【背景技術】
[0002] 現有變壓器差動保護廣泛采用二次諧波制動判據，用于對變壓器勵磁涌流進行識 另IJ。但實際運行表明，二次諧波制動判據存在局限性，例如在差動電流為對稱性涌流時，其 二次諧波含量較低，會導致二次諧波制動判據失效而差動保護誤動;在變壓器帶高阻內部 故障空載合閘時，差流中除故障電流外含有明顯勵磁涌流，會增大二次諧波含量，導致二次 諧波制動判據誤閉鎖差動保護。基于間斷角原理和波形對稱原理的勵磁涌流判據也存在類 似局限性。
[0003] 近年來，針對上述傳統勵磁涌流識別方法應用于變壓器差動保護的不足，研究者 提出了許多新的方法，大體分為兩類：
[0004] -類是引入電壓量，構成電壓變化和差流變化(或磁通變化等)時間差的涌流識別 判據，但由于引入電壓量，因而需要考慮電壓互感器暫態特性，電壓互感器斷線故障時保護 需要退出。
[0005] 第二類是基于電流波形特征的涌流識別方法，例如，基于波形相關性的勵磁涌流 識別方法，基本點都是利用故障差流波形與正弦波貼近、而勵磁涌流與正弦波相差較大的 特點，輔助加以數學處理方法(數學形態學、模糊集合理論、小波變換等)或是定義一個的相 關系數或波形系數，利用半個到一個周波的數據窗對差流波形與正弦的貼近度進行一個計 算，根據計算值大小來確定是涌流還是故障差流。前者涉及到復雜數學分析方法，計算量大 實現復雜且對裝置硬件要求高；后者對差流波形平滑度要求較高，因此需要對其所含非周 期分量和諧波等干擾進行濾波處理，在加上算法本身至少需要半個到一個周波時窗，因此 識別過程延時較長，在內部故障時延時至少3/4個周波才能作出反應。同時，以上算法對差 流序列采樣點數據完整性要求較高，某些采樣點的丟失可能對算法結果影響很大，導致保 護誤判。
【發明內容】
[0006] 針對上述問題，本發明提供了一種基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和 故障差流識別方法，該方法利用Hausdorff距離算法在波形相似性判別中的優勢，對涌流、 包括對稱性涌流；以及故障差流、包括故障電流疊加典型涌流的波形形態整體特征的差別 進行直接判斷，保證變壓器差動保護正確動作。
[0007] 本發明所采用的技術方案是：
[0008] 基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1:在一定的采樣率下，每周波N點，采集變壓器差動保護兩側電流互感器二次 電流并形成差流信號序列I;
[0010] 步驟2:判別步驟1中差流信號序列I的值是否超過差動保護啟動元件的整定值，若 超過，則啟動本發明所提判據進行故障差流和勵磁涌流的判別；
[0011] 步驟3:對差流信號序列I采用1/4周波數據窗，即N/4個點，進行極值判斷獲取，若 獲取極值小于設定門檻，則判為勵磁涌流;若獲取極值大于設定門檻，則用該極值Ik作為基 準，對差流信號序列I進行標幺化計算，形成標幺化差流序列4 -,?^ι,Χ.^Ν 同時，形成幅值為1標準正弦波序列Bi，i = l，2,…N，序列B的極值與序列A的極值對應；
[0012] 步驟4:將標幺化后的差流序列A作為Hausdorff距離算法目標圖形的邊緣特征點， 將幅值為1的標準正弦波序列B作為Hausdorff距離算法模板圖形的邊緣特征點，根據式 (1)、（2)和(3)計算出兩者之間的Hausdorff距離值序列Hi，i = l，2,…N;
[0013] 步驟5:將步驟4中Hi值與設定的Hausdorff距離門濫值Hset進行比較，低于該門濫 值，則判為內部故障，保護動作;高于該門檻值則判為勵磁涌流，閉鎖保護。
[0014] 采用Hausdorff距離算法對標么化差動電流序列和標準正弦波序列進行波形相似 度識別。
[0015] 本發明基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，技術效 果如下：
[0016] l:HaUSd0rff距離算法不涉及信號從時域到頻域的投射，因此時間窗的設置可以 更靈活。運用到差動保護時只需1/4周波時間窗即可，一般情況5ms能作出正確判斷；1/4周 波時間窗的Hausdorff距離計算時間為DFT計算時間的1/3到1/2之間，本方案快速性好。
[0017] 2:本發明方法考慮的是波形整體特征的一致性，而對采樣點的時域對齊及采樣率 的統一性并沒有嚴格要求，在不更換已有采樣設備的前提下，能夠實現差動保護范圍及策 略的靈活布置
[0018] 3:本發明方法比較整體波形，差動電流采樣序列中個別數據點的丟失，并不影響 其對圖形整體特征的判斷，具有很強的抗數據丟失能力，優于實時采樣差動算法。
[0019] 4:本發明方法首先對差動電流序列進行標么化處理，只保留序列波形的整體特 征，因此不受差流序列中非周期分量和諧波分量干擾。
【附圖說明】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：
[0021] 圖la是本發明標幺化內部故障差流與標準正弦波相似性比較圖；
[0022] 圖lb是本發明標幺化空載合閘典型單向勵磁涌流與標準正弦波相似性比較圖； [0023]圖lc是本發明標幺化空載合閘對稱性涌流與標準正弦波相似性比較圖；
[0024]圖Id是本發明標幺化帶故障合閘故障電流疊加涌流與標準正弦波相似性比較圖。 [0025]圖2是本發明方法的流程圖。
[0026] 圖3是本發明的空載合閘單向典型勵磁涌流波形和判據Η值計算結果圖。
[0027] 圖4是本發明的對稱性涌流波形和判據Η值計算結果圖。
[0028] 圖5是本發明的故障電流疊加勵磁涌流波形和判據Η值計算結果圖。
[0029] 圖6是本發明的正常內部故障差流波形和判據Η值計算結果圖。
[0030] 圖7是本發明的空載合閘后發生內部故障差流波形和判據Η值計算結果圖。
[0031] 圖8是本發明的變壓器區外故障轉區內故障差流波形和判據Η值計算結果圖。
【具體實施方式】
[0032] 基于Hausdorff距離算法的變壓器勵磁涌流和故障差流識別方法，包括以下步驟：
[0033] 步驟1:在一定的采樣率下，每周波N點，采集變壓器差動保護兩側電流互感器二次 電流并形成差流信號序列I;
[0034] 步驟2:判別步驟1中差流信號序列I的值是否超過差動保護啟動元件的整定值，若 超過，則啟動本發明所提判據進行故障差流和勵磁涌流的判別；
[0035]步驟3:對差流信號序列I采用1/4周波數據窗，即N/4個點，進行極值判斷獲取，若 獲取極值小于設定門檻，則判為勵磁涌流;若獲取極值大于設定門檻，則用該極值Ik作為基 準，對纖彌臟匪胤臟繼臟^ ^ hk-%) ;
[0036]其中：N表不每周波米樣點數，Ii表不差流米樣信號，Ik表不1/4周波數據窗內獲取 的差流序列極值，仏表示標么化差流信號。k表示序列編號，一周波采樣80點，N = 80,四分之 一的周波就是20個點，k就可能使1到20中的一個。
[0037]同時，形成幅值為1標準正弦波序列Bi，i = l，2,…N，序列B的極值與序列A的極值 對應；
[0038]步驟4:將標幺化后的差流序列A作為Hausdorff距離算法目標圖形的邊緣特征點， 將幅值為1的標準正弦波序列B作為Hausdorff距離算法模板圖形的邊緣特征點，根據式 (1)、（2)和(3)計算出兩者之間的Hausdorff距離值序列Hi，i = l，2,…N;
[0039] 步驟5:將步驟4中Hi值與設定的Hausdorff距離門濫值Hset進行比較，低于該門濫 值，則判為內部故障，保護動作;高于該門