基于Hilbert-Huang变换的输电线路过电压识别

运行资料表明，雷击是造成输电线路停电事故的主要原因之一，因为输电线路分布面积广、距离长，以及气象条件复杂，雷电事故时有发生。雷电波作用于输电线路，所注入的雷电流会以行波的形式向输电线路两端传播，并在不连续点上发生折反射，形成一系列的高频干扰信号。普通短路故障也会产生暂态行波，可利用这些暂态故障信号的频率特性来研究雷电过电压和普通短路故障的区别判据。 20世纪末期以来，许多专家学者都对电力系统的各种过电压尝试了多种方法进行识别。最初学者用傅里叶变换或短时傅里叶变换对过电压进行识别，然而由于傅里叶理论本身的不足限制了这两种方法在过电压识别领域中的应用。小波和小波包分析在过电压识别中能克服傅里叶理论的不足，但它存在一个选取最优小波基的问题，缺乏自适应性。 Norden E Huang 1998年提出了一种全新的时频分析理论——希尔伯特黄变换(HHT)。它是一种能自适应的处理非线性非平稳信号的分析方法。共分为两部分：经验模态分解和希尔伯特变换。该方法是将非平稳信号进行平稳化处理。将信号的特征一层一层的分解出来，最终用Hilbert谱反映原信号的特征。 本文采用ATP软件仿真得到轻型直击雷、重型直击雷、单相接地短路和切除空载线路四种过电压。再将这四种过电压信号导入MATLAB中，应用HHT对其进行分析。首先对其进行经验模态分解（EMD），得到它们的固有模态分量（IMF）；其次对这4种过电压信号的IMF分量进行希尔伯特变换，得到它们的瞬时幅值、瞬时频率、时频谱和边际谱。分析结果表明，时频谱能反映过电压信号能量在时域和频域上的分布情况，尤其是能量在频域上的分布情况可将重型雷过电压和切除空载线路过电压与另外三种过电压区分开来。而边际谱能反映频率在时域上的统计幅值分布，从而可将轻型雷过电压和单相接地短路过电压区别开来。根据以上分析，本文提取出了区别4种过电压信号的判据。为了验证判据的可靠性，本文多次改变雷电过电压的幅值和单相接地短路的接地电阻等参数来进行验证分析。验证结果表示，该判据使过电压的整体识别率达到了93.6%。分析表明，希尔伯特—黄变换在分析非平稳信号时表现出了很好的适应性和有效性。