基于模糊多判据综合原理的变压器励磁涌流识别.pdf
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1、2023年8月机电技术机电技术基于模糊多判据综合原理的变压器励磁涌流识别基于模糊多判据综合原理的变压器励磁涌流识别常惜阳李俊生(国网宁夏电力有限公司 超高压公司,宁夏 银川 750011)摘要采用模糊理论进行变压器励磁涌流识别,经常借助于专家经验进行判断,从而难以做到精准判断。文章在现有变压器励磁识别方法的基础上,采用模糊多判据综合原理,基于变压器励磁涌流中二次谐波、端电压、间断角、时间差的变压器励磁涌流识别判据,采用不同的隶属度函数,计算不同的权重,以及借助于MATLAB软件进行仿真分析。仿真结果表明:基于该方法的判据能够综合各判据的优势,提高了变压器性能。关键词变压器;励磁涌流;模糊多判据
2、;二次谐波;MATLAB中图分类号:TM407文献标识码:A文章编号:1672-4801(2023)04-070-04DOI:10.19508/ki.1672-4801.2023.04.021作者简介:常惜阳(1991),男,工程师,硕士,主要从事保护自动化工作。变压器在长期运行过程中由于励磁涌流的存在,常常发生误动作。当变压器处于空载状态下或者外部发生故障、故障切除后的电压恢复过程中,将在变压器差动回路中产生励磁涌流,导致变压器保护误动1。目前,国内外学者对于变压器励磁涌流的识别研究已做了大量工作,但在实际应用的过程中,往往仅采用某一判别方法进行变压器励磁涌流的判断,在变压器保护算法中采用固
3、定的门槛值进行的磁涌流和内部故障电流的区分,然而在某些极端情况下励磁涌流和内部故障并不能够十分清晰地进行区分2-4。采用模糊集合理论和模糊模式识别的判别方法进行变压器励磁涌流的识别,已然成为近年来的热点研究方向之一5。本文采用模糊多判据综合原理,基于变压器励磁涌流中二次谐波、端电压、间断角、时间差的变压器励磁涌流识别判据,采用不同的隶属度函数,并依据各判据的特点,计算不同的权重,将多个判据进行优势互补,最后借助于仿真数据证明了该方法的可靠性6。1模糊多判据综合原理本文在现有励磁涌流各种算法的基础上,利用各种算法的优势,采用模糊集合理论对各判据模糊化处理,而后通过权系数进行多判据的综合模糊化,以
4、实现励磁涌流的精确判别。基于模糊多判据综合原理的变压器励磁涌流识别方法,可避免因某一判据的误差而产生错误,大大提高了判别方法的可靠性7。基于模糊多判据原理的励磁涌流识别逻辑框图如图1所示,1、2、.、n为各变压器励磁涌流识别方法的隶属函数,1、2、.、n为各识别方法的权重,总的隶属度通过模糊变换得到,总的隶属度计算公式为:=11+22+nn(1)1+2+n=1(2).#.#A#1.#A#2.#A#n1n2 1 2 n 21A图1基于模糊多判据原理的励磁涌流识别逻辑框图模糊多判据综合原理在变压器励磁涌流识别方面具有以下优势8-9:1)具有强大的容错性能。即使某一判据存在缺陷,在经其他判据的综合处
5、理后,仍可保证算法的可靠性。同时,在实际应用过程中,多判据比单一判据采集的信息量多,继电保护可正确对变压器的实际运行状态进行判断。2)模糊理论更加接近于东亚地区人民的思维习惯和描述方法,尊重大自然的客观规律。随着电力系统的不断发展,其运行方式时刻在发生改变,无法对电力系统的运行状态用语言进行精确的描述,而用模糊描述却能够正确表达,并有利于提高解决问题的效率。3)更加有利于判据的增加,利用各判据权重70第4期的调节实现新旧判据的有机融合和转换。往往在某一个新判据出现时,其会伴随着一些不完善的地方,通过模糊理论进行新旧判据综合处理,可在新判据投入的初级阶段,将旧判据权重设定得较大,在保证保护可靠性
6、的前提下,获取新判据宝贵的运行经验。2基于模糊多判据综合原理的变压器励磁涌流识别2.1励磁涌流识别方法判据及其隶属函数的选择目前,变压器励磁涌流的判据相当多,本文采用三取二式二次谐波、间断角、低电压和时间差四种判据构成判据合集,进行变压器励磁涌流的识别,构成一种新的具有可靠性且快速动作的变压器保护新算法。2.1.1三取二式二次谐波判据隶属函数所谓三取二式即三相中若有两相满足闭锁条件才能闭锁,这种闭锁方式可以保证空投时当一相涌流谐波比低于整定值时也能可靠闭锁。三取二式二次谐波判据选用梯形分布函数,表达式为:1=01b-a()I2xI1x-a1I2xI1x aa I2xI1x bb I2xI1x(
7、)x=A,B,C(3)式中:I1x为基波分量模值;I2x为二次谐波分量模值;a、b分别为当变压器励磁涌流出现时电流中可能出现的二次谐波含量最小值与变压器内部故障时电流中可能出现的二次谐波含量最大值。根据已有的电力系统运行统计数据,可知变压器励磁涌流中二次谐波的含量一般大于6%7%,而变压器内部故障时二次谐波含量将小于 20%10。因此,a、b两个参数取值可以分别设定为6%和20%。2.1.2间断角判据隶属函数根据励磁涌流波形有较大的间断角这一特性,可通过间断角的大小进行励磁涌流与内部故障电流的判定。由于波形间断角小于65时,必须通过波宽角大小的计算才能够判定变压器是否产生了励磁涌流。因此,在对
8、间断角判据进行模糊化处理时,需同时处理间断角和波宽角两个参数。假定间断角具有一定的裕度,当间断角处于6070范围时,认定变压器可能产生了励磁涌流,当间断角大于70时,一定产生了励磁涌流11-12。当间断角小于60时,需要借助波宽角的隶属函数确定具体的隶属度。因为间断角与波宽角的角度均具有连续性特性,则间断角和波宽角的隶属函数分别采用升半梯形分布和降半梯形分布函数。间断角隶属函数表达式为:2=判波宽角度110()x-601x 6060 x 7070 x(4)波宽角隶属函数表达式为,2=1110()145-x0 x 135135 x 145145 x(5)2.1.3低电压判据隶属函数变压器发生内部
9、故障时,较为明显的特征为故障相电压会变得很小,但发生励磁涌流时,电压却不会低于额定数值的70%13。为了有效防止变压器保护发生误动作,可将低电压定值调低,即当U 70%UN时,隶属度为0。低电压判据的隶属度函数采用梯形分布函数,其函数表达式如下:3=053()0.7-UUN1()UUN 70%()10%UUN 70%()UUN 10%(6)2.1.4时间差角判据隶属函数当变压器发生故障后,由于电感中电流不能够发生突变的特性,导致电流互感器的励磁电流达到铁芯饱和时需要一定的时间,即在故障的初期阶段,电流互感器尚未进入饱和状态,可正确进行一二次间电流传变14。因此,当变压器发生区外严重故障时,差动
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