基于小波包的电力网冲击接地电阻系统分析*

张秀秀

(长治学院电子信息与物理系，山西 长治 046011)

1 概述

在配电网中，电力部门的部分工作是将电力线上的电力设备部分和地面连接，连接的作用是保护用电设备。接地电阻在电力系统领域指恒流或市电流流过装置时的阻抗[1]。在雷雨天气，对于装置的防雷工作一般是防雷接地处理，具体就是测试冲击电流流过装置时的电阻。

大多数电力研发部门对冲击接地电阻的研究方法有以下几类：

1) 对用电接地装置采用理论分析，并且构建一定的虚拟仿真模型，即用数学方法建立该物理模型，通过计算分析求出冲击接地电阻；

2) 针对性地对一些集中接地装置开展虚拟模拟实验；

3) 冲击接地电阻的求法是通过物理测量首先得到工频接地电阻，再利用数学公式将它乘以冲击系数；

4) 大量数据用经验公式估算得到。

以上方法都不是通过室外具体实验得到数据，可以说都是间接的测量方法求出的。但是在户外尤其是山区搭杆进行物理实验又不太现实，因为搭杆距离要求较远，一般需要几百米，而且整个搭杆回路的感抗和阻抗都很大，这在防雷过程中会需要很高的电压，在户外物理实验中很难实现。这里提出一种基于小波包最优算法的处理方式，即通过小波包最优算法计算得出接地装置在较大感应下的雷电流信号，然后进一步分析冲击接地电阻。

2 小波包最优算法介绍

最早应用最多的是小波分析，也就是说小波包分析是在其之后，两者联系很大，但是也有区别。

ψa,b(t)波基函数，是母小波函数逐渐发展来的派生函数，俗称波基。

如果两个参数(a和b)逐渐变换，产生的ψa,b(t)有一族函数ψ(t)。给定平方可积的信号x(t)，即x(t)∈L2(R)，则x(t)的小波变换(Wavelet Transform，WT)：

(1)

小波包分析是后来出现的一种更加准确的傅里叶分析。图1为对信号做的小波包分析，结构有三层。小波包分层的思路是当尺度变量不断增大，当参数j高到一定程度，正交小波包基函数就会相应地对上面的fL成分和fH成分进行分化，随后的处理就和小波分析一致。

图1 信号的小波包结构图

3 基于小波包的冲击接地电阻系统分析

3.1 冲击接地电阻信号的去噪方法

1) 含噪接地电阻信号的小波包分层:首先找一个小波，确定下来对它分层，层数设为N，之后对含噪接地电阻信号处理；

2) 最优小波包的处理方式是针对一个已知的嫡标准来找到小波包分解的最优小波包基；

3) 针对fL分解系数等一系列小波包分解系数，找一个合适的上限值且对小波包分解系数进行频率段内的量化；

4) 含噪接地电阻信号的小波包重构:在这里小波包重构方式是依据上面的两步，首先分解出第N层的小波包分解系数，然后是小波包分解系数进行的阂值量化。

阂值处理分类有：阈值、软阈值和改进阈值处理[2]。硬阈值处理方法是把含噪接地电阻信号的绝对值去和小波包阈值对比，如果含噪接地电阻信号的绝对值点大于阈值，则点不变。如果含噪接地电阻信号的正值点不大于上限值，则点会趋近于收敛。软阈值处理方法与硬阈值处理方法相同之处是当含噪接地电阻信号的绝对值点小于或等于阈值，则点就趋于收敛程度,不同之处是当含噪接地电阻信号的绝对值数据大于阈值，则点则向零靠近,变为该点的值与阈值之差。

3.2 仿真结果及分析

文章在MATLAB环境中，使用其自带的小波包工具箱去对小波包的冲击接地电阻系统仿真[3]。仿真中含噪冲击接地电阻信号采用MATLAB中随机噪声函数heavysine，信噪比SNR选择7 dB，随机噪声信号的采样点选择合理[4]。实验仿真中用的小波包为sym3小波，对其进行了不多于三次的分解。仿真图如图2所示，实验结果表明，基于小波包的冲击接地电阻系统的信号去噪效果不错，这比小波去噪方法要好。

图2 含噪接地电阻信号最优滤波仿真图

4 结束语

小波包优于小波的特点是因为它把含噪的信号低频率段和高频率段进行了N层次分解,仿真结果显示去噪效果较好。具体文章使用MATLAB中的随机噪声模拟含噪冲击接地电阻信号，仿真了小波包去噪；仿真结果表明基于小波包最优算法的处理方式能很好地去除接地电阻信号中的电磁干扰成分，这对设计可靠的配电网冲击接地电阻测试系统有着一定的指导作用，也对实际的物理实验有着一个很好的参考价值。