基于物元分析的变压器励磁涌流识别新方法

摘要:文章在参考相关论文和文献的基础上,提出了利用物元分析采用多判据识别励磁涌流的新算法;同时,利用动模实验得到的数据,运用MATLAB语言对此励磁涌流识别原理进行了仿真,仿真结果表明:变压器空载合闸时保护能可靠闭锁;变压器处于故障时及空载合闸于故障时保护能够可靠不闭锁。

关键词:变压器;微机保护;励磁涌流;物元分析;可拓学

中图分类号:TM772文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0022-02

电力变压器是电力系统的重要电气设备,关系到整个电力系统的安全稳定运行。差动保护作为电力变压器的主保护,在大多数情况下的动作还是令人满意的,但在实际的电流变压器保护中均使用单一的判据,采用定量的门槛区分励磁涌流和内部故障,这就造成了在实际测量中的细微区别都可能造成保护误动。

本方案是在已有的保护判据基础上,通过综合多判据判定励磁涌流,容错性较好,避免了因为某一单一判据超过阈值造成保护误动或拒动的情况。同时,可以很好的实现新旧判据的结合和交换。

一、可拓学介绍

可拓学用形式化的工具,从定性与定量两个角度去研究解决矛盾问题的规律和方法,其理论支柱是物元理论和可拓集合理论,逻辑细胞是物元。本方案的判定方法,涉及了物元理论和关联函数的概念。

(一)物元

人们通过大量的实例发现,处理矛盾时,必须将事物、特征及相应的量值一起来考虑,才能更贴切地描述客观事物变化过程,构思出解决矛盾的方法,把解决矛盾问题的过程形式化。为此可拓学理论引入了有事物、特征和相应量值构成的三元组――物元,作为描述事物的基本元素。以给定事物的名称N,特征c和关于特征的量值v组成有序三元组作为描述事物的基本元,简称物元。

R=(N,c,v)

其中,v由N和c确定,记作:

v=c(N)

一个事物有多个特征,如果事物N以n个特征c1,c2,……,cn和相应的量值v1,v2,……,vn描述,则表示为:

(二)关联函数

建立关联函数是物元分析法中的重要内容。

关联函数把论域中的元素映射到实轴上,当关联函数大于零,表示该元素具有此性质;当关联函数小于零,表示该元素不具有该性质;当关联函数等于零,表示该元素既具有该性质,又不具有该性质,为零界元素。通过关联函数,可以定量地描述任意元素与正域和负域的相关程度,而且对同一域的元素,也可以通过关联函数的大小区分出不同的层次。

二、基于物元分析和AHP的变压器励磁涌流识别方法

本方案中,N0=(短路),N1=(励磁涌流);c1=(二次谐波含量),c2=(二次谐波分量衰减),c3=(波形不对称),c4=(低电压)。

(一)判据的选择及其可拓域

通过对各判据的原理分析,得到各判据的物元如下:

1.二次谐波含量判据。

经典域物元:

R0=[N0,c1,(0,0.15)]

R1=[N1,c1,(0.15,1)]

节域物元:

R=[N,c1,(0,1)]

2.二次谐波衰减判据。

经典域物元:

R0=[N0,c2,(0.1,1)]

R1=[N1,c2,(0,0.1)]

节域物元:

R=[N,c1,(0,1)]

3.波形不对称判据。

经典域物元:

R0=[N0,c3,(0,0.25)]

R1=[N1,c3,(0.25,1)]

节域物元:

R=[N,c4,(0,1)]

4.低电压判据。

经典域物元矩阵:

R0=N0,c1,(0,0.15) c2,(0.1,1) c3,(0,0.25) c4,(0,0.7)

R1=N1,c1,(0.15,1) c2,(0,0.1) c3,(0.25,1) c4,(0.7,1)

节域物元矩阵:

R=N,c1,(0,1)c2,(0,1)c3,(0,1)c4,(0,1)

(二)确定各判据的权重

在最终判定结果的计算中,需要用到各判据的权重矩阵W=[w1,w2,…wn],确定权重的方法很多,本方案采用层次分析法(AHP)来确定各指标的权重。经过层次单排序,层次总排序以及一致性检验后,得权重向量为:

W=[0.4250.2120.1050.258]

(三)算例分析

设有变压器的仿真试验结果(采样频率1000Hz):

I2/I1=0.134;Δ(I2/I1)=0.07

有7个采样间隔的波形呈现不对称性质;电源侧电压保持额定。

经数值计算后得:

P=[-0.3380.249]

该向量中的因子代表了综合判定结果对不同判定结果的关联程度。取其中的最大值0.249所隶属结果为最终判定结果。可以得到最终综合判定结果为励磁涌流。

可以看出,如果使用单一判据,如二次谐波判据,在某些情况下将引起识别不出励磁涌流的情况,如本例中二次谐波含量为13.4,这对于定值为15的二次谐波制动的保护将引起误动,而使用本算法,经过多判据的综合判定,即可识别出励磁涌流。由于使用多判据,使保护有了更高的可靠性,多判据之间更容易做到优势互补。

三、结论

本文在参考相关论文和文献的基础上,提出了利用物元分析采用多判据识别励磁涌流的新算法;同时,利用动模实验得到的数据,运用MATLAB语言对此励磁涌流识别原理进行了仿真,仿真结果表明:变压器空载合闸时保护能可靠闭锁;变压器处于故障时及空载合闸于故障时保护能够可靠不闭锁。

与传统的保护相比,本方案综合多判据,容错性较好,避免了因为某一单一判据超过阈值造成保护误动或拒动的情况。同时,可以很好的实现新旧判据的结合和交换。

基于模糊理论的励磁涌流识别技术,也是一种典型的综合多判据的识别方法,与之相比,本方案具有以下优点:

1.现有的模糊识别原理对各个判据的权重的确定一直是一个难点。本文采用层次分析法确定权重,是在这方面的一个尝试。作为一种能综合进行定性与定量分析的决策方法,这种方法不仅能够保证模型的系统性、合理性,又能让决策人员充分运用其有价值的经验与判断能力,为权重的确定提供了一个系统的思路。

2.模糊识别原理在各个判据的隶属度及其权重的基础上,得到一个综合权重,通过判断综合权重与门槛值的关系判断是否是励磁涌流,固定的门槛值很难适应电力系统的复杂性。本方案采用比较关联函数K0与K1的关系的方法确定最终的判定结果,回避了门槛值的确定,使得判定结果能够更好的反映实际情况。

本文所做的工作只是这方面的一个尝试,仍有一些问题尚需解决,如优化判据的选择、物元经典域的调整,以及其他形式关联函数的尝试等。希望此研究可以为相关人员提供帮助。

参考文献

[1]蔡文.物元分析[M].广州:广东高等教育出版社,1987.

[2]蔡文.可拓集合和不相容问题[J].科学探索学报,1983,(1).

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[4]蔡文,杨春燕,林伟初.可拓工程方法[M].北京:科学出版社,1997.

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