本發(fā)明涉及鐵路電力系統的技術領域，特別是涉及鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測與分離方法。

背景技術：

鐵路電力系統的沖擊暫態(tài)是系統從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)的過渡過程。引發(fā)暫態(tài)過程的原因很多，主要有移動負荷經過、故障、負荷投切、運行狀態(tài)發(fā)生改變等。暫態(tài)過程的檢測是指當系統發(fā)生暫態(tài)過程時，能夠檢測到暫態(tài)過程的發(fā)生，并記錄暫態(tài)波形；暫態(tài)過程的分離是指去除檢測到的暫態(tài)過程波形中的背景波形，使同一類暫態(tài)過程具有相似的表征。

目前常用的暫態(tài)過程檢測方法有邊緣檢測和滑動窗檢測，尚沒有通用的暫態(tài)過程分離算法，。

現有暫態(tài)過程檢測方法對奇異點的抗干擾能力弱，容易將波形的奇異點和尖峰毛刺等誤判為暫態(tài)過程。

目前尚沒有通用的暫態(tài)過程分離算法，這是因為現有技術大都是侵入式的，即針對每個負荷單獨監(jiān)測，不存在背景波形問題，但侵入式方法硬件成本和數據處理難度都較高。

非侵入式的暫態(tài)檢測與識別方法，即只在總端安裝一個傳感器就能檢測并識別系統發(fā)生的暫態(tài)過程。非侵入式方法測量的系統的總波形，在系統內某一個負荷發(fā)生暫態(tài)過程時會存在背景波形，只有去除背景波形，一類暫態(tài)過程才能具有穩(wěn)定的統計學特征。

因此希望有一種鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測與分離方法可以克服或至少減輕現有技術的上述缺陷。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測與分離方法來克服現有技術中存在的上述問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供一種鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測方法，所述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程包括：暫態(tài)開始檢測和暫態(tài)結束檢測，所述暫態(tài)開始檢測的方法為：當一個周期的電流強度對比上一周期電流強度發(fā)生突變，即發(fā)生了暫態(tài)過程；所述暫態(tài)結束檢測的方法為：當所述暫態(tài)過程開始后，連續(xù)幾個周期的電流強度不再發(fā)生變化，所述電流強度形成下一個穩(wěn)態(tài)時，即暫態(tài)過程結束

一個周期內的電流強度為其有效值，即：

上式中，N為一個周期內的采樣點數，i(n)為每個采樣點的電流值。

采用有效值是為了避免算法將奇異點誤判為暫態(tài)過程，因為奇異點處的幅值雖然變化大，但時間極短，往往只有一兩個數據點，并不會對整個周期的電流有效值產生顯著影響。則相鄰兩個周期的電流強度變化量為：

ΔI_intensity＝I_intensity(j+1)-I_intensity(j) (2)

上式中，j是指測量的第j個周期。因此可設暫態(tài)過程開始的判定條件為：

ΔI_intensity>d (3)

上式中d為暫態(tài)開始判定閾值，其具體數值決定了暫態(tài)開始判定算法的敏感程度。在檢測到暫態(tài)過程開始后，便觸發(fā)暫態(tài)過程結束判定算法，仍用電流強度ΔI_intensity作為判定參量，則暫態(tài)過程結束的判定條件表示為：

ΔI_intensity<g&T≥l (4)

上式中，g為暫態(tài)結束判定閾值，T表示ΔI_intensity<g連續(xù)成立的周期數，l為T的閾值，上式的意義為，當電流強度變化量ΔI_intensity連續(xù)l個周期小于g時，判定暫態(tài)過程結束。

一種使用上述所述的鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程檢測方法的鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的分離方法，所述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的分離方法包括：將所述的鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程檢測方法輸出的暫態(tài)波形的各個周期，分別減去與暫態(tài)過程相鄰的最近一個穩(wěn)態(tài)周期的穩(wěn)態(tài)電流波形，以排除背景波形的干擾，相減后的差值，即為純粹的暫態(tài)波形。

優(yōu)選地，所述暫態(tài)過程包括：廣義負荷投入和廣義負荷切除，所述廣義負荷投入表示暫態(tài)發(fā)生后電流有效值大于或等于暫態(tài)發(fā)生前電流有效值的暫態(tài)過程；所述廣義負荷切除表示暫態(tài)發(fā)生后電流有效值小于暫態(tài)發(fā)生前電流有效值的暫態(tài)過程。

優(yōu)選地，所述廣義負荷投入減去的波形為暫態(tài)過程發(fā)生前最后一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形；所述廣義負荷切除減去的波形為暫態(tài)過程發(fā)生后第一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形。

所述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的分離方法包括以下步驟：

(1)導入鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程檢測方法輸出的暫態(tài)波形；

(2)計算暫態(tài)發(fā)生前和暫態(tài)發(fā)生后的電流強度，如果暫態(tài)發(fā)生前的電流強度小于或者等于暫態(tài)發(fā)生后電流強度，則進入步驟(3)；如果暫態(tài)發(fā)生前的電流強度大于暫態(tài)發(fā)生后電流強度，則進入步驟(4)；

(3)將步驟(1)中所述暫態(tài)波形按周期分別減去暫態(tài)發(fā)生前最后一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形；

(4)將步驟(1)中所述暫態(tài)波形按周期分別減去暫態(tài)發(fā)生后第一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形；

(5)輸出分離后的暫態(tài)波形。

本發(fā)明提出一種鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測與分離方法，通過所述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測與分離方法能夠精確地檢測系統發(fā)生的暫態(tài)過程，且不受奇異電和尖峰毛刺的影響去除暫態(tài)過程檢測方法記錄的暫態(tài)波形中的背景波形，得到暫態(tài)過程中單純的暫態(tài)波形。

附圖說明

圖1是鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測方法的流程圖。

圖2是廣義負荷投入和廣義負荷切除的暫態(tài)過程實測波形。

圖3是鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的分離方法流程圖。

圖4是實測使用鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程分離方法的分離結果對比。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明一寬泛實施例中：鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測方法包括：暫態(tài)開始檢測和暫態(tài)結束檢測，所述暫態(tài)開始檢測的方法為：當一個周期的電流強度對比上一周期電流強度發(fā)生突變，即發(fā)生了暫態(tài)過程；所述暫態(tài)結束檢測的方法為：當所述暫態(tài)過程開始后，連續(xù)幾個周期的電流強度不再發(fā)生變化，所述電流強度形成下一個穩(wěn)態(tài)時，即暫態(tài)過程結束。

使用上述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程檢測方法的鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的分離方法包括：將所述的鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程檢測方法輸出的暫態(tài)波形的各個周期，分別減去與暫態(tài)過程相鄰的最近一個穩(wěn)態(tài)周期的穩(wěn)態(tài)電流波形，以排除背景波形的干擾，相減后的差值，即為純粹的暫態(tài)波形。

鐵路電力系統的暫態(tài)過程是連接兩個穩(wěn)態(tài)過程的過渡，因此暫態(tài)檢測要分為暫態(tài)開始檢測和暫態(tài)結束檢測。當暫態(tài)過程發(fā)生后，最明顯的變化量就是電流強度，因此暫態(tài)開始檢測算法的設計思路為：當一個周期的電流強度對比上一周期發(fā)生突變，便可認為發(fā)生了暫態(tài)過程；暫態(tài)結束檢測算法的設計思路為：當暫態(tài)過程開始后，連續(xù)幾個周期的電流強度不再發(fā)生變化，便可認為下一個穩(wěn)態(tài)形成，即暫態(tài)過程結束。本文定義一個周期內的電流強度為其有效值，即：

上式中，N為一個周期內的采樣點數，i(n)為每個采樣點的電流值。

采用有效值是為了避免算法將奇異點誤判為暫態(tài)過程，因為奇異點處的幅值雖然變化大，但時間極短，往往只有一兩個數據點，并不會對整個周期的電流有效值產生顯著影響。則相鄰兩個周期的電流強度變化量為：

ΔI_intensity＝I_intensity(j+1)-I_intensity(j) (2)

上式中，j是指測量的第j個周期。因此可設暫態(tài)過程開始的判定條件為：

ΔI_intensity>d (3)

上式中d為暫態(tài)開始判定閾值，其具體數值決定了暫態(tài)開始判定算法的敏感程度。在檢測到暫態(tài)過程開始后，便觸發(fā)暫態(tài)過程結束判定算法，仍用電流強度ΔI_intensity作為判定參量，則暫態(tài)過程結束的判定條件表示為：

ΔI_intensity<g&T≥l (4)

上式中，g為暫態(tài)結束判定閾值，T表示ΔI_intensity<g連續(xù)成立的周期數，l為T的閾值，上式的意義為，當電流強度變化量ΔI_intensity連續(xù)l個周期小于g時，判定暫態(tài)過程結束。

如圖1所示，所述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的檢測方法包括以下步驟：

(1)電流波形按照一定頻率采樣，并在緩沖區(qū)記錄最近5秒的波形；

(2)實時計算電流強度I_intensity和強度變化量ΔI_intensity；

(3)若ΔI_intensity>d，則判定暫態(tài)過程開始，開始單獨記錄暫態(tài)波形，并觸發(fā)暫態(tài)結束判定算法，否則返回步驟(2)；

(4)暫態(tài)結束判定算法觸發(fā)，并計算電流強度I_intensity和強度變化量ΔI_intensity；

(5)若ΔI_intensity<g&T≥l，則判定暫態(tài)過程結束，并停止暫態(tài)波形的記錄，否則返回步驟(4)；

(6)輸出記錄的暫態(tài)波形。

暫態(tài)過程的分離，是指去除上一步檢測算法輸出的暫態(tài)波形中的背景波形。因為系統總端測量的是所有負荷的總電流波形，在某個負荷發(fā)生暫態(tài)過程時，系統內可能有其他的負荷正在工作，如果不排除這些負荷的穩(wěn)態(tài)電流波形，便會嚴重干擾暫態(tài)波形的特征提取。

暫態(tài)過程分為廣義負荷投入和廣義負荷切除兩種，其中廣義負荷投入泛指一切暫態(tài)發(fā)生后電流有效值大于或等于暫態(tài)發(fā)生前電流有效值的暫態(tài)過程，廣義負荷切除泛指一切暫態(tài)發(fā)生后電流有效值小于暫態(tài)發(fā)生前電流有效值的暫態(tài)過程，兩種過程的實測圖如圖2所示。

暫態(tài)過程分離的思路為，將檢測算法輸出的暫態(tài)電流波形的各個周期，分別減去與暫態(tài)過程相鄰的最近一個穩(wěn)態(tài)周期的穩(wěn)態(tài)電流波形，這樣可以排除背景波形的干擾，相減后的差值，即為純粹的暫態(tài)波形。其中廣義負荷投入減去的波形為暫態(tài)過程發(fā)生前最后一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形，廣義負荷切除減去的是暫態(tài)過程發(fā)生后第一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形。

如圖3所示，所述鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程的分離方法包括以下步驟：

(1)導入鐵路電力負荷沖擊暫態(tài)過程檢測方法輸出的暫態(tài)波形；

(2)計算暫態(tài)發(fā)生前和暫態(tài)發(fā)生后的電流強度，如果暫態(tài)發(fā)生前的電流強度小于或者等于暫態(tài)發(fā)生后電流強度，則進入步驟(3)；如果暫態(tài)發(fā)生前的電流強度大于暫態(tài)發(fā)生后電流強度，則進入步驟(4)；

(3)將步驟(1)中所述暫態(tài)波形按周期分別減去暫態(tài)發(fā)生前最后一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形；

(4)將步驟(1)中所述暫態(tài)波形按周期分別減去暫態(tài)發(fā)生后第一個穩(wěn)態(tài)電流周期的波形；

(5)輸出分離后的暫態(tài)波形。

如圖4所示，兩個在不同背景波形下測量的暫態(tài)過程在檢測分離后，其表征是一致的，因此本專利提出的算法有效的檢測到了暫態(tài)過程的發(fā)生，并分離出了相應的暫態(tài)過程。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。