專利名稱：一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，尤其是涉及一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著各種電力電子器件的廣泛使用以及非線性、沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷的不斷增加，電力系統(tǒng)中各種電能質(zhì)量擾動(dòng)事件對工業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成了嚴(yán)重影響。由于不同類型的電能擾動(dòng)事件對不同用戶的影響程度是不相同的，精確監(jiān)測電力系統(tǒng)波形中各種類型電能擾動(dòng)事件的特征參數(shù)并進(jìn)行準(zhǔn)確的類型識(shí)別顯得尤為重要。同時(shí)，在未來開放的電力市場環(huán)境中，精確的電能質(zhì)量信息可以為電價(jià)的確定提供依據(jù)，減少用戶與電力企業(yè)之間的糾紛。電能擾動(dòng)事件的特征參數(shù)測量是電能擾動(dòng)類型識(shí)別的重要環(huán)節(jié)。傅立葉變換的測量精度受到頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的影響，不適合非平穩(wěn)的電能擾動(dòng)信號分析。S變換結(jié)果只包含若干個(gè)特定頻率分量(由時(shí)間窗決定)在不同時(shí)刻的幅值信息，無法精確測量基波頻率波動(dòng)以及間諧波的特征參數(shù)。復(fù)連續(xù)小波變換(Continuous Wavelet Transform, CffT) 的電能擾動(dòng)事件監(jiān)測方法，由于中心頻率相近的小波函數(shù)頻域窗口存在重疊，影響了諧波或間諧波分量特征參數(shù)的測量，不利于多重電能質(zhì)量事件類型的準(zhǔn)確判別。關(guān)于各種類型電能質(zhì)量事件的分類識(shí)別，應(yīng)用和研究中的方法有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (Artificial Neural Network, ANN) >^^fiiil (Support VectorMachine, SVM)
統(tǒng)(Expert System, ES)等。基于常規(guī)ANN的分類器訓(xùn)練速度較慢，準(zhǔn)確性也有待提高；而基于SVM的分類器計(jì)算量較大，以上兩種方法均難以實(shí)現(xiàn)對同時(shí)存在的多重電能質(zhì)量事件的分類與識(shí)別。而隨著電能質(zhì)量事件種類的增加，ES容易產(chǎn)生組合爆炸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的難以實(shí)現(xiàn)對同時(shí)存在的多重電能質(zhì)量事件的分類與識(shí)別等的技術(shù)問題；提供了一種能夠有效抑制鄰近頻率分量的相互干擾，可以精確地測量基波、諧波和間諧波分量的頻率、幅值、相位等各電能質(zhì)量事件特征參數(shù)，并構(gòu)造物理意義明確、指標(biāo)具體的模式特征向量的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的電能質(zhì)量事件種類的增加，ES容易產(chǎn)生組合爆炸問題等的技術(shù)問題；提供了一種具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)測量精度不受基波頻率波動(dòng)的影響(即無需同步采樣)；并能夠準(zhǔn)確識(shí)別電能擾動(dòng)波形中單一或同時(shí)存在的多重電能質(zhì)量事件，對其嚴(yán)重程度進(jìn)行直觀表達(dá)，且能動(dòng)態(tài)反映多重電能質(zhì)量事件各自的發(fā)展變化軌跡一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法。本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的等的技術(shù)問題；提供了一種。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、應(yīng)用時(shí)頻原子變換測量電力系統(tǒng)波形中單一或多重穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)電能擾動(dòng)事件中每一采樣時(shí)刻分量的特征參數(shù)，包括頻率、幅值以及持續(xù)時(shí)間，并應(yīng)用時(shí)頻原子變換提取每一時(shí)刻分量對應(yīng)的模式特征向量；步驟2、采用自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器依據(jù)模式特征向量進(jìn)行電能質(zhì)量事件的分類與識(shí)別。本發(fā)明創(chuàng)造性的利用時(shí)頻原子變換能夠有效抑制鄰近頻率分量的相互干擾，可以精確地測量基波、諧波和間諧波分量的頻率、幅值、相位等各電能質(zhì)量事件特征參數(shù)，并構(gòu)造物理意義明確、指標(biāo)具體的模式特征向量；本監(jiān)測方法具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)測量精度不受基波頻率波動(dòng)的影響(即無需同步采樣)。利用時(shí)頻原子變換方法提取的特征向量，改進(jìn)型自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確識(shí)別電能擾動(dòng)波形中單一或同時(shí)存在的多重電能質(zhì)量事件，對其嚴(yán)重程度進(jìn)行直觀表達(dá)，且能動(dòng)態(tài)反映多重電能質(zhì)量事件各自的發(fā)展變化軌跡。本發(fā)明首先利用時(shí)頻原子變換提取基波分量幅值U1、基波分量頻率f、諧波畸變率THD1、間諧波畸變率THD2、基波分量幅值波動(dòng)值的百分?jǐn)?shù)d(以下簡稱為波動(dòng)值)組成一個(gè)五維向量；然后采用改進(jìn)型自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)模式特征向量實(shí)現(xiàn)電壓暫升、 電壓暫降、短時(shí)斷電、諧波、間諧波、頻率偏移和電壓波動(dòng)七種電能質(zhì)量事件的分類與識(shí)另O。 在模式特征向量中增加擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間、三相不平衡度等參數(shù)可進(jìn)一步識(shí)別三相不平衡和過電壓、欠電壓等電能質(zhì)量事件。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的步驟1中，所述的分量包括基波分量、諧波分量和間諧波分量。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的基波分量的特征參數(shù)的測量的方法為定義時(shí)頻原子函數(shù)的頻窗半徑和頻窗中心，應(yīng)用時(shí)頻原子變換測量基波分量在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的諧波分量和間諧波分量的特征參數(shù)的測量的方法為將時(shí)頻原子函數(shù)的中心頻率分別設(shè)置為 1Ηζ、3Ηζ、直至采樣頻率的一半，調(diào)整尺度參數(shù)使頻率窗口半徑為1Hz，應(yīng)用時(shí)頻原子變換可以得到諧波在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)和間諧波分量在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的模式特征向量為利用時(shí)頻原子變換提取基波分量幅值U1、基波分量頻率f、諧波畸變率THD1、 間諧波畸變率THD2、基波分量幅值波動(dòng)值的百分?jǐn)?shù)組成一個(gè)五維向量，其中，波動(dòng)值
U - U .d = ~——Sii^ χ 100%，Ul為基波分量的正常/額定值(標(biāo)么)，Umax，Umin為0. Is時(shí)間窗口內(nèi)基波分量幅值的最大值和最小值；所述的模式特征向量是基于基波分量在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)、 諧波在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)和間諧波分量在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)獲取。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的時(shí)頻原子變換定義為實(shí)值信號s (t)與時(shí)頻原子函數(shù)VVJO的內(nèi)積，其輸出為
CO Ψψ(α,ωη,τ)=^\ψααη (t-τ)) = j sit^ (t-r)d
-co變換輸出的頻域表達(dá)式為=，式中G(CJ)是g(t)的頻率特性。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的時(shí)頻原子函數(shù)定義為對一具有低通頻率特性的高斯函數(shù)g(t)進(jìn)行如下的調(diào)制和伸縮處理
Ψ a,COlSt) = A=Si-) exp(y 0
_t2Λ/α a
其中g(shù)(o = e_T，為調(diào)制(頻率)參數(shù)，《為尺度(伸縮)參數(shù)；在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的時(shí)頻原子函數(shù)頻域表達(dá)式為ψαΛ {ω) =-ωη))時(shí)頻原子函數(shù)具有帶通頻率特性，其通帶表達(dá)式為[ωη±Δωβ/ει]其中八(08是8(0的頻率窗口半徑，Δ cog/a取值為0. 112526/Δ ·。在上述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，所述的自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的具體定義如下首先，采用時(shí)頻原子變換方法提取典型電能質(zhì)量事件的模式特征作為訓(xùn)練樣本來訓(xùn)練自組織改進(jìn)型自組織映射網(wǎng)絡(luò)，使其輸出層的不同區(qū)域?qū)?yīng)于不同的模式特征；進(jìn)一步，采用測試樣本對訓(xùn)練好的改進(jìn)型自組織映射網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試；最后，將其作為自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器識(shí)別電能擾動(dòng)波形中單一或同時(shí)存在的多個(gè)電能質(zhì)量事件，并在輸出層直觀表達(dá)這些電能質(zhì)量事件各自的發(fā)生、變化和結(jié)束過程，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量事件的直觀表達(dá)和準(zhǔn)確分類和識(shí)別。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1能夠有效抑制鄰近頻率分量的相互干擾，可以精確地測量基波、諧波和間諧波分量的頻率、幅值、相位等各電能質(zhì)量事件特征參數(shù)，并構(gòu)造物理意義明確、指標(biāo)具體的模式特征向量；2.具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)測量精度不受基波頻率波動(dòng)的影響(即無需同步采樣)；并能夠準(zhǔn)確識(shí)別電能擾動(dòng)波形中單一或同時(shí)存在的多重電能質(zhì)量事件，對其嚴(yán)重程度進(jìn)行直觀表達(dá)，且能動(dòng)態(tài)反映多重電能質(zhì)量事件各自的發(fā)展變化軌跡。


附圖1 (a)是本發(fā)明的基于TFT的電壓暫降監(jiān)測示意圖；附圖1 (b)是本發(fā)明的基于TFT的電壓暫降監(jiān)測示意圖；附圖2(a)是本發(fā)明的基于TFT的頻率偏移測量示意圖；附圖2(b)是本發(fā)明的基于TFT的頻率偏移測量示意圖；附圖2(c)是本發(fā)明的基于TFT的頻率偏移測量示意圖；附圖3(a)是本發(fā)明的基于TFT的電壓波動(dòng)測量示意附圖3(b)是本發(fā)明的基于TFT的電壓波動(dòng)測量示意圖；附圖4(a)是本發(fā)明的基于TFT的諧波、間諧波測量示意圖；附圖4(b)是本發(fā)明的基于TFT的諧波、間諧波測量示意圖；附圖5(a)是本發(fā)明的基于TFT多重?cái)_動(dòng)基波測量結(jié)果示意圖附圖5(b)是本發(fā)明的基于TFT多重?cái)_動(dòng)基波測量結(jié)果示意圖附圖5(c)是本發(fā)明的基于TFT多重?cái)_動(dòng)基波測量結(jié)果示意圖附圖6(a)是本發(fā)明的基于TFT的多重?cái)_動(dòng)諧波、間諧波監(jiān)測示意圖；附圖6(b)是本發(fā)明的基于TFT的多重?cái)_動(dòng)諧波、間諧波監(jiān)測示意圖；附圖7是本發(fā)明訓(xùn)練后的SOM輸出層平面示意圖；附圖8是本發(fā)明測試樣本對應(yīng)的BMU示意具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例首先介紹一下時(shí)頻原子變換1. 1時(shí)頻原子變換算法以時(shí)頻原子(Time-frequency Atom, TFA)函數(shù)為變換核的時(shí)頻原子變換 (Time-frequency Transform, TFT)是與以小波函數(shù)(Wavelet)為變換核的連續(xù)小波變換 (Centinuous Wavelet Transform, CffT)相類似的、面向非平穩(wěn)信號的新型信號處理方法。 所不同的是，TFT克服了 CWT在頻率域的缺陷且可以根據(jù)需要靈活調(diào)整各項(xiàng)性能，更適合于信號實(shí)時(shí)監(jiān)測。時(shí)頻原子函數(shù)被定義為對一具有低通頻率特性的實(shí)函數(shù)g(t)進(jìn)行如下的調(diào)制和伸縮處理
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、應(yīng)用時(shí)頻原子變換測量電力系統(tǒng)波形中單一或多重穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)電能擾動(dòng)事件中每一采樣時(shí)刻分量的特征參數(shù)，包括頻率、幅值以及持續(xù)時(shí)間，并應(yīng)用時(shí)頻原子變換提取每一時(shí)刻分量對應(yīng)的模式特征向量；步驟2、采用自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器依據(jù)模式特征向量進(jìn)行電能質(zhì)量事件的分類與識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的步驟1中，所述的分量包括基波分量、諧波分量和間諧波分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的基波分量的特征參數(shù)的測量的方法為定義時(shí)頻原子函數(shù)的頻窗半徑和頻窗中心，應(yīng)用時(shí)頻原子變換測量基波分量在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的諧波分量和間諧波分量的特征參數(shù)的測量的方法為將時(shí)頻原子函數(shù)的中心頻率分別設(shè)置為1Ηζ、3Ηζ、直至采樣頻率的一半，調(diào)整尺度參數(shù)使頻率窗口半徑為1Hz，應(yīng)用時(shí)頻原子變換可以得到諧波在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)和間諧波分量在每個(gè)采樣時(shí)刻的特征參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的模式特征向量為利用時(shí)頻原子變換提取基波分量幅值U1、基波分量頻率f、諧波畸變率THD1、間諧波畸變率THD2、基波分量幅值波動(dòng)值的百分?jǐn)?shù)組成一個(gè)五維向量，其中，波動(dòng)值
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的時(shí)頻原子變換定義為實(shí)值信、與時(shí)頻原子函數(shù)的內(nèi)積，其輸出為為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的時(shí)頻原子函數(shù)定義為對一具有低通頻率特性的高斯函數(shù)S 進(jìn)行如下的調(diào)制和伸縮處理
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的時(shí)頻原子函數(shù)頻域表達(dá)式為
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，其特征在于，所述的自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的具體定義如下首先，采用時(shí)頻原子變換方法提取典型電能質(zhì)量事件的模式特征作為訓(xùn)練樣本來訓(xùn)練自組織改進(jìn)型自組織映射網(wǎng)絡(luò)，使其輸出層的不同區(qū)域?qū)?yīng)于不同的模式特征；進(jìn)一步，采用測試樣本對訓(xùn)練好的改進(jìn)型自組織映射網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試；最后，將其作為自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器識(shí)別電能擾動(dòng)波形中單一或同時(shí)存在的多個(gè)電能質(zhì)量事件，并在輸出層直觀表達(dá)這些電能質(zhì)量事件各自的發(fā)生、變化和結(jié)束過程，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量事件的直觀表達(dá)和準(zhǔn)確分類和識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法，尤其是涉及一種電力系統(tǒng)單一或多重電能擾動(dòng)事件在線監(jiān)測與識(shí)別方法。本發(fā)明創(chuàng)造性的利用時(shí)頻原子變換能夠有效抑制鄰近頻率分量的相互干擾，可以精確地測量基波、諧波和間諧波分量的頻率、幅值、相位等各電能質(zhì)量事件特征參數(shù)，并構(gòu)造物理意義明確、指標(biāo)具體的模式特征向量；本監(jiān)測方法具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)測量精度不受基波頻率波動(dòng)的影響。利用時(shí)頻原子變換方法提取的特征向量，改進(jìn)型自組織映射人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確識(shí)別電能擾動(dòng)波形中單一或同時(shí)存在的多重電能質(zhì)量事件,對其嚴(yán)重程度進(jìn)行直觀表達(dá)，且能動(dòng)態(tài)反映多重電能質(zhì)量事件各自的發(fā)展變化軌跡。
文檔編號G06N3/08GK102230951SQ20111007408
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者徐遐齡, 曹健, 林濤 申請人:武漢大學(xué)