專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于時(shí)域分析的電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)與擾動(dòng)自動(dòng)分類(lèi)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)母線(xiàn)電壓質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，適用于各種變電所和終端用電戶(hù)的母線(xiàn)電壓質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。屬于電力自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電力電子設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各種非線(xiàn)性、沖擊性、波動(dòng)性負(fù)載也大量增加，使電力系統(tǒng)所遭受的電能質(zhì)量污染也日趨嚴(yán)重。同時(shí)敏感電子設(shè)備則對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求。電能作為一種商品投人到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，像其他的商品一樣，竟價(jià)上網(wǎng)，將逐步做到按質(zhì)定價(jià)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)估是建立公平的電力市場(chǎng)的先決條件之一。對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析是發(fā)現(xiàn)電力質(zhì)量問(wèn)題并進(jìn)行治理和改善的前提條件，而如何從海量的電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)中自動(dòng)提取特征并進(jìn)行正確分類(lèi)則是電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)首先要解決的問(wèn)題，并引來(lái)了諸多學(xué)者的關(guān)注。傅立葉變換、小波變換、HHT變換、S變換等時(shí)頻域變換工具在提取電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)特征方面都各具優(yōu)勢(shì)，但用單一變換工具來(lái)研究電能質(zhì)量擾動(dòng)分類(lèi)時(shí)，還存在以下三個(gè)共同的缺陷一是單一變換工具難以提取電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的所有特征，因此，對(duì)擾動(dòng)的分類(lèi)是局部的；二是所提用于判斷各種擾動(dòng)的特征量均缺乏明確的物理意義，這使對(duì)各種擾動(dòng)進(jìn)一步準(zhǔn)確估值帶來(lái)困難；三是某一擾動(dòng)的特征量會(huì)因另一擾動(dòng)的存在而改變其值，因此，當(dāng)遇到復(fù)合擾動(dòng)，分類(lèi)判斷困難加大。并且，以上時(shí)頻域變換計(jì)算量大，都難以進(jìn)行在線(xiàn)對(duì)電壓擾動(dòng)信號(hào)分類(lèi)，更不適用于用單片機(jī)(DSP)開(kāi)發(fā)在線(xiàn)對(duì)電壓擾動(dòng)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與分類(lèi)裝置。本發(fā)明能確定性地從電壓信號(hào)中自動(dòng)鑒別出諧波、間諧波、波動(dòng)與閃變、欠電壓、過(guò)電壓、振蕩暫態(tài)電壓、電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷等電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，并能鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。本發(fā)明計(jì)算量小，可用單片DSP實(shí)現(xiàn)，特別適合于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電壓的質(zhì)量。本發(fā)明也可從海量的變電所母線(xiàn)電壓錄波數(shù)據(jù)中自動(dòng)鑒別出各種電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。


發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種基于時(shí)域分析的電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)與擾動(dòng)自動(dòng)分類(lèi)方法，它的計(jì)算量小，可用單片DSP實(shí)現(xiàn)，所用費(fèi)用低，特別適合于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)母線(xiàn)電壓的質(zhì)量，同時(shí)，也適用于從海量的變電所母線(xiàn)電壓錄波數(shù)據(jù)中自動(dòng)鑒別出各種電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采取以下兩步來(lái)實(shí)現(xiàn) 1.首先按圖1所示采用如下步驟取得四個(gè)電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量 a.采樣電網(wǎng)母線(xiàn)電壓，對(duì)母線(xiàn)電壓進(jìn)行鎖相，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位電壓信號(hào)

并將該標(biāo)準(zhǔn)單位電壓信號(hào)的采樣值與電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采樣值相乘，即得

的采樣值， b.對(duì)

的采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，便得到電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量F1， c.電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采樣值平方后進(jìn)行半周(10mS)積分得U2(k)， d.對(duì)

的采樣值進(jìn)行一周(20mS)積分得U1(k)， e.取電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量其中N是電壓信號(hào)分析時(shí)段內(nèi)的總采樣點(diǎn)數(shù)， f.取U1(k)值曲線(xiàn)的平均增量為電壓擾動(dòng)信號(hào)的第三個(gè)特征量 g.取U1(k)值曲線(xiàn)的差分值的最大值為電壓擾動(dòng)信號(hào)的第四個(gè)特征量F4＝Max{|U1(k)-U1(k-1)|}。
取得以上4個(gè)特征量后按圖2所示，對(duì)電壓擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行如下步驟自動(dòng)鑒別和分類(lèi) h.F1是基波電壓幅值變化值，它是函數(shù)，反映了基波幅值變化的程度，因此，用它可以判斷分析時(shí)段內(nèi)電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷、欠電壓、過(guò)電壓、持續(xù)中端、波動(dòng)與閃變等電壓幅值擾動(dòng)的存在(見(jiàn)表1)和存在時(shí)間， 表1.F1(幅值變化)擾動(dòng)判斷
i.F2是分析時(shí)段內(nèi)的加性擾動(dòng)有效值，大于零則必然有加性擾動(dòng)，可確定F2≥2為具有加性穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)諧波和簡(jiǎn)諧波的伐值， j.若F2大于零，F(xiàn)3≤2時(shí)只有諧波擾動(dòng)，F(xiàn)3＞2時(shí)，有間諧波，并且，F(xiàn)3/F3＞0.5時(shí)，只有間諧波；F3/F3＜0.5時(shí)，為諧波和間諧波混合擾動(dòng)。
k.暫態(tài)擾動(dòng)的快速變化特性決定了F4很大，而對(duì)穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)，F(xiàn)4則較小或幾乎為零，取15為F4的伐值，F(xiàn)4≤15沒(méi)有暫態(tài)擾動(dòng)，F(xiàn)4＞15則有暫態(tài)擾動(dòng)，并且，若F1值表明有幅值擾動(dòng)，則這時(shí)為暫態(tài)幅值擾動(dòng)，F(xiàn)1值表明沒(méi)有幅值擾動(dòng)，則必然為振蕩暫態(tài)擾動(dòng)。
有益效果本發(fā)明能確定性地從變電所母線(xiàn)電壓信號(hào)中在線(xiàn)自動(dòng)鑒別出諧波、間諧波、波動(dòng)與閃變、欠電壓、過(guò)電壓、振蕩暫態(tài)電壓、電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷等電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，并能鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。本發(fā)明計(jì)算量小，可用單片DSP實(shí)現(xiàn)，特別適合于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電壓的質(zhì)量。本發(fā)明也可從海量的變電所母線(xiàn)電壓錄波數(shù)據(jù)中自動(dòng)鑒別出各種電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。



圖1是分類(lèi)特征量計(jì)算程序流程示意圖。
圖2是自動(dòng)分類(lèi)程序結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的實(shí)施可直接從PT二次側(cè)取得電網(wǎng)的母線(xiàn)電壓信號(hào)，經(jīng)電阻分壓后送至信號(hào)采樣輸入端。一般單相電壓信號(hào)可有下式表示
式中U1基波電壓有效值，V；ω基波角頻率，；

基波初相角，；Uh諧波電壓幅值，V；h諧波次數(shù)，；

h次諧波初相角，；Ms非基波角頻率整數(shù)倍正弦電壓有效值，V；ωs非基波角頻率整數(shù)倍角頻率，；

非基波角頻率整數(shù)倍正弦電壓初相角，；γ振蕩瞬變衰減常數(shù)，當(dāng)γ＝0時(shí)，Ms為間諧波有效值；當(dāng)γ≠0時(shí)，Ms為振蕩暫態(tài)有效值；ts非基波角頻率整數(shù)倍正弦電壓出現(xiàn)的時(shí)間；1(t)單位階躍函數(shù)。
當(dāng)U1為常數(shù)，等于額定值，等式右邊第2、3項(xiàng)為零時(shí)，上式就是理想電壓。因此，電壓擾動(dòng)可分為兩類(lèi)一是基波電壓幅值U1變動(dòng)的擾動(dòng)，它包括電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷、欠電壓、過(guò)電壓、持續(xù)中斷、電壓波動(dòng)與閃變等；二是加性擾動(dòng)，它包括諧波、振蕩瞬變電壓、沖擊脈沖電壓和間諧波等。從擾動(dòng)持續(xù)的時(shí)間來(lái)分，又可分為穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)，它包括電壓的波動(dòng)與閃變、欠電壓、過(guò)電壓、持續(xù)中端、諧波、間諧波等；和暫態(tài)擾動(dòng)，它包括電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷、振蕩瞬變電壓、沖擊脈沖電壓等。因此，按照電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征可分四類(lèi)，見(jiàn)表2。
表2電壓擾動(dòng)分類(lèi)，
對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，用

乘以電壓信號(hào)u(t)得
式中U1d＝U1

上式有三部分組成一是直流分量U1d；二是基波頻率整數(shù)倍的正弦交流分量u1i；三是非基波頻率整數(shù)倍的正弦交流(衰減)分量u1un。對(duì)上式一周積分，則u1i為零，u1un是非基波頻率整數(shù)倍的正弦交流量，u1un≠0，它表示了非基波頻率整數(shù)倍的正弦交流擾動(dòng)量的存在。
同時(shí)，對(duì)電壓信號(hào)u(t)進(jìn)行平方得u(t)*u(t)＝Ud+ui+uun 上式也同樣有三部分組成即直流分量Ud、基波頻率整數(shù)倍的正弦交流分量ui(一周積分后其值為零)和非基波頻率整數(shù)倍的正弦交流(衰減)分量uun。其中 依據(jù)以上分析，結(jié)合圖3對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程以下說(shuō)明 ①采用如下步驟取得四個(gè)電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量 a.采樣電網(wǎng)母線(xiàn)電壓，對(duì)母線(xiàn)電壓進(jìn)行鎖相，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位電壓信號(hào)

并將該標(biāo)準(zhǔn)單位電壓信號(hào)的采樣值與電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采樣值相乘，即得

的采樣值， b.對(duì)

的采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，便得到電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量F1， c.電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采樣值平方后進(jìn)行半周(10mS)積分得U2(k)， d.對(duì)

的采樣值進(jìn)行一周(20mS)積分得U1(k)， e.取電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量 f.取U1(k)值曲線(xiàn)的平均增量為電壓擾動(dòng)信號(hào)的第三個(gè)特征量 g.取U1(k)值曲線(xiàn)的差分值的最大值為電壓擾動(dòng)信號(hào)的第四個(gè)特征量F4＝Max{|U1(k)-U1(k-1)|}。
②取得電壓擾動(dòng)信號(hào)的4個(gè)特征后，對(duì)其進(jìn)行如下步驟自動(dòng)鑒別和分類(lèi) h.F1是基波電壓幅值變化值判斷分析時(shí)段內(nèi)電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷、欠電壓、過(guò)電壓、持續(xù)中端、波動(dòng)與閃變等電壓幅值擾動(dòng)的存在(見(jiàn)表1)和存在時(shí)間， i.由F2確定有無(wú)加性擾動(dòng)存在，F(xiàn)2≥2作為具有加性穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)諧波和簡(jiǎn)諧波的伐值， j.由F2和F3確定諧波和間諧波及其它們的混合擾動(dòng)。若F2≥2，F(xiàn)3≤2時(shí)只有諧波擾動(dòng)，F(xiàn)3＞2時(shí)，有間諧波，并且，F(xiàn)2/F3＞0.5時(shí)，只有間諧波；F2/F3＜0.5時(shí)，為諧波和間諧波混合擾動(dòng)。
k.由F4和F1確定暫態(tài)擾動(dòng)。F4≤15沒(méi)有暫態(tài)擾動(dòng)，F(xiàn)4＞15則有暫態(tài)擾動(dòng)，并且，若F1值表明有幅值擾動(dòng)，則這時(shí)為暫態(tài)幅值擾動(dòng)，F(xiàn)1值表明沒(méi)有幅值擾動(dòng)，則必然為振蕩暫態(tài)擾動(dòng)。
③顯示電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的類(lèi)型、發(fā)生的時(shí)間及強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)域分析的電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)與擾動(dòng)自動(dòng)分類(lèi)方法，其特征是該方法首先采用如下步驟取得四個(gè)電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量
a.采樣電網(wǎng)母線(xiàn)電壓，對(duì)母線(xiàn)電壓進(jìn)行鎖相，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位電壓信號(hào)
并將該標(biāo)準(zhǔn)單位電壓信號(hào)的采樣值與電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采樣值相乘，即得
的采樣值，
b.對(duì)
的采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，便得到第一電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量F1，
c.電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采樣值平方后進(jìn)行10mS的半周積分得U2(k)，
d.對(duì)
的采樣值進(jìn)行20mS的一周積分得U1(k)，
e.取第二電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量其中N是電壓信號(hào)分析時(shí)段內(nèi)的總采樣點(diǎn)數(shù)，
f.取U1(k)值曲線(xiàn)的平均增量為第三電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量
g.取U1(k)值曲線(xiàn)的差分值的最大值為第四電壓擾動(dòng)信號(hào)的特征量F4＝Max{|U1(k)-U1(k-1)|}；
取得以上4個(gè)特征量后，對(duì)電壓擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行如下步驟自動(dòng)鑒別和分類(lèi)
h.F1是基波電壓幅值變化值，它是函數(shù)，反映了基波幅值變化的程度，因此，用它可以判斷分析時(shí)段內(nèi)電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷、欠電壓、過(guò)電壓、持續(xù)中端、波動(dòng)與閃變等電壓幅值擾動(dòng)的存在和存在時(shí)間，
i.F2是分析時(shí)段內(nèi)的加性擾動(dòng)有效值，大于零則必然有加性擾動(dòng)，可確定F2≥2為具有加性穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)諧波和簡(jiǎn)諧波的伐值，
j.若F2大于零，F(xiàn)3≤2時(shí)只有諧波擾動(dòng)，F(xiàn)3＞2時(shí)，有間諧波，并且，F(xiàn)3/F2＞0.5時(shí)，只有間諧波；F3/F2＜0.05時(shí)，為諧波和間諧波混合擾動(dòng)，
k.暫態(tài)擾動(dòng)的快速變化特性決定了F4很大，而對(duì)穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)，F(xiàn)4則較小或幾乎為零，取15為F4的伐值，F(xiàn)4≤15沒(méi)有暫態(tài)擾動(dòng)，F(xiàn)4＞15則有暫態(tài)擾動(dòng)，并且，若F1值表明有幅值擾動(dòng)，則這時(shí)為暫態(tài)幅值擾動(dòng)，F(xiàn)1值表明沒(méi)有幅值擾動(dòng)，則必然為振蕩暫態(tài)擾動(dòng)。
全文摘要
基于時(shí)域分析的電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)與擾動(dòng)自動(dòng)分類(lèi)方法在分析電壓信號(hào)的時(shí)域特征的基礎(chǔ)上，抽取了四個(gè)用于分類(lèi)電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的特征量，并依據(jù)這四個(gè)特征量給出了一種的電能質(zhì)量擾動(dòng)自動(dòng)分類(lèi)方法。本發(fā)明能確定性地從電壓信號(hào)中自動(dòng)鑒別出諧波、間諧波、波動(dòng)與閃變、欠電壓、過(guò)電壓、振蕩暫態(tài)電壓、電壓的暫升、暫降、瞬時(shí)中斷等電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，并能鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。本發(fā)明計(jì)算量小，可用單片DSP實(shí)現(xiàn)，特別適合于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電壓的質(zhì)量。本發(fā)明也可從海量的變電所母線(xiàn)電壓錄波數(shù)據(jù)中自動(dòng)鑒別出各種電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)及它們的混合擾動(dòng)信號(hào)，鑒別出它們發(fā)生的時(shí)間、評(píng)估出這些擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101339208SQ20081002115
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者軼 唐, 昊 劉, 方永麗 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)