基于空間變換的電能擾動檢測及分類方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種基于空間變換的電能擾動檢測及分類方法，包括以下步驟：1）利用電壓互感器采集現(xiàn)場電能質量信號數(shù)據(jù)，通過電壓互感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，并由數(shù)據(jù)采集卡轉換為數(shù)字信號發(fā)送到上位機；2）在上位機采用嵌入定理及非線性坐標變換技術將一維電能質量信號映射至三維相空間，對該相空間內的每一個點進行檢測，根據(jù)電能質量信號在三維相空間平面上的投影形狀判斷基波頻率是否發(fā)生漂移，并計算基波頻率，通過計算相空間信號與投影平面原點間歐氏距離檢測暫態(tài)擾動；3）檢測到暫態(tài)擾動后，記錄擾動持續(xù)時間及幅度作為特征值，對檢測到的暫態(tài)擾動進行分類。本發(fā)明專利技術可以在線檢測及分類，能處理電能質量信號多于一個擾動的情況，且準確率高。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種電能擾動檢測及分類方法，尤其是一種，屬于電力系統(tǒng)中電能質量分析

技術介紹
電能質量是指允許電力系統(tǒng)正常工作運行的電特性。然而在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，隨著電力電子設備越來越廣泛的應用和敏感負荷的大量使用，電能質量污染問題日益嚴重，導致電力系統(tǒng)中存在大量諸如電壓暫升、電壓暫降、電壓中斷、暫態(tài)振蕩、諧波以及其它高頻瞬態(tài)擾動等電能質量干擾。而基于計算機系統(tǒng)的控制設備的普及，又對電能質量的要求不斷提高。為解決這一日益突出的矛盾，我們需要對電能質量進行監(jiān)控，一旦擾動發(fā)生，則需準確快速地對其進行處理。對電能質量進行監(jiān)控和分析是發(fā)現(xiàn)電能質量問題并進行處理和改善的先決條件，而如何檢測、提取并識別擾動信號又是電能質量監(jiān)控和分析首先要解決的問題。一般意義上，任何導致電力系統(tǒng)電壓或電流信號偏離理想正弦波的因素都可視為電能質量擾動。按照IEEE 1159-1995標準，在穩(wěn)態(tài)下，電能擾動表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)的暫時中斷，電能擾動消失后，電力系統(tǒng)通常返回至正常狀態(tài)或至一個新的穩(wěn)態(tài)。按照持續(xù)時間電能擾動分為持續(xù)時間超過一分鐘的長期擾動，持續(xù)一個信號周期以上的短期擾動，持續(xù)時間僅為毫秒、微妙級的瞬時擾動，以及穩(wěn)態(tài)下可能長期存在的電壓不平衡、直流分量偏移、諧波、 間諧波、次諧波、電壓缺口、噪聲、電壓波動、基頻漂移等。電能擾動通常表現(xiàn)為電壓或電流波形的微小變化，且持續(xù)時間較短，因此如何準確地對擾動進行檢測和定位一直是一個棘手問題。目前，文獻中通常采用基于積分變換的方法檢測電能擾動，如采用離散傅里葉變換和小波變換將信號變換至頻域進行分析，中國專利號為20071005171. O公開的“一種基于信息融合的電能質量繞動自動識別方法及系統(tǒng)”也是采用這種方法。但離散傅里葉變換強于處理周期信號，無法對暫態(tài)信號進行跟蹤，因為它必須在一個固定窗口內對信號進行處理，而電能擾動多為非周期信號。與離散傅里葉變換不同，小波變換在低頻段用高的頻率分辨率和低的時間分辨率，而在高頻段則用低的頻率分辨率和高的時間分辨率，因而能更有效地從信號中提取信息。然而小波變換的積分計算成本無法避免，另外也無法反映信號在時域內的形狀信息，而對于電能質量分析而言，信號的波形信息是非常重要的。其它基于頻域的方法包括S變換、dq變換、Hilbert-Huang變換等，然而這些算法難以提取擾動信號的所有特征、缺乏擾動特征量的明確物理意義、難以判別復合擾動等缺陷仍然存在。也有文獻提出采用均方根方法檢測電能擾動，這種方法在一個較長窗口內計算信號的均方根，而瞬時擾動對計算結果的影響微乎其微，因此均方根方法僅對持續(xù)一個信號周期以上的短期擾動和持續(xù)時間超過一分鐘的長期擾動有效，而對于持續(xù)時間較短的瞬時擾動則無能為力。至于電能擾動的分類問題，目前主要采用的是人工智能算法，例如神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)等。不同的文獻提出了不同的分類算法和與之配套的檢測算法，能夠提供較為滿意的結果。然而，這些算法都依賴于對大量的數(shù)據(jù)進行訓練，導致其在實際應用中的價值大大降低。也有文獻提出基于圖形識別的擾動分類方法，然而該方法僅能對擾動的圖形特征做簡單直觀的描述，無法提供自動分類結果，分類過程中仍需人工參與。因此，我們需要開發(fā)一種能夠對電能擾動，特別是瞬時擾動，進行快速準確的檢測、定位和分類的新方法。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的，是為了解決上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種可以在線檢測及分類，能處理電能質量信號多于一個擾動的情況，且準確率高的。 本專利技術的目的可以通過采取如下技術方案達到，其特征在于包括以下步驟I)數(shù)據(jù)采集 利用電壓互感器采集現(xiàn)場電能質量信號數(shù)據(jù)，通過電壓互感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，并由數(shù)據(jù)采集卡轉換為數(shù)字信號發(fā)送至上位機；2)電能擾動檢測2. I)在上位機中，采用嵌入定理及非線性坐標變換技術將一維電能質量信號映射至三維相空間，對該相空間內的每一個點進行檢測，若檢測有擾動，執(zhí)行步驟2.2);2. 2)根據(jù)電能質量信號在相空間平面上的投影形狀判斷基波頻率是否發(fā)生漂移，并計算基波頻率，在該基波頻率的基礎上再對電能質量信號進行空間變換，通過計算相空間信號與投影平面原點間歐氏距離檢測暫態(tài)擾動；3)電能擾動分類檢測到暫態(tài)擾動后，記錄擾動持續(xù)時間及幅度作為特征值，按照IEEE 1159標準對檢測到的暫態(tài)擾動進行分類。作為一種優(yōu)選方案，步驟2. I)具體步驟如下2. I. I)采用嵌入定理進行空間變換，將一維電能質量信號i =Xj變換至三維相空間，即時域中IXn的時間序列變換為相空間中3Xm的矩陣，變換結果為 權利要求1.，其特征在于包括以下步驟 1)數(shù)據(jù)采集 利用電壓互感器采集現(xiàn)場電能質量信號數(shù)據(jù)，通過電壓互感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，并由數(shù)據(jù)采集卡轉換為數(shù)字信號發(fā)送至上位機； 2)電能擾動檢測 2.I)在上位機中，采用嵌入定理及非線性坐標變換技術將一維電能質量信號映射至三維相空間，對該相空間內的每一個點進行檢測，若檢測有擾動，執(zhí)行步驟2. 2)； 2.2)根據(jù)電能質量信號在相空間平面上的投影形狀判斷基波頻率是否發(fā)生漂移，并計算基波頻率，在該基波頻率的基礎上再對電能質量信號進行空間變換，通過計算相空間信號與投影平面原點間歐氏距離檢測暫態(tài)擾動； 3)電能擾動分類 檢測到暫態(tài)擾動后，記錄擾動持續(xù)時間及幅度作為特征值，按照IEEE 1159標準對檢測到的暫態(tài)擾動進行分類。2.根據(jù)權利要求I所述的，其特征在于步驟2. I)具體步驟如下 2.I. I)采用嵌入定理進行空間變換，將一維電能質量信號1 = 1 ,A，…變換至三維相空間，即時域中IXn的時間序列變換為相空間中3Xm的矩陣，變換結果為3.根據(jù)權利要求2所述的，其特征在于步驟2. 2)具體步驟如下 .2.2. I)若電能質量信號在盡巧平面上的投影為線段，則無基波頻率漂移；若投影為橢圓，則發(fā)生基波頻率漂移，將基波頻率為f’的正弦信號按T=l/(4fAt)嵌入至三維相空間得到4.根據(jù)權利要求3所述的，其特征在于步驟3)具體步驟如下 .3.I)檢測到暫態(tài)擾動后，記錄一組符合E值和ζ值超出閾值范圍條件的采樣點，以擾動持續(xù)時間及幅度作為特征值，若擾動持續(xù)時間小于1/4周期，且幅度小于lpu，判定為脈沖擾動；否則，執(zhí)行步驟3. 2); . 3.2)若擾動持續(xù)時間為l-4ms，且幅度為O. 2-0. 6pu，判定為電壓缺口 ；否則，執(zhí)行步驟.3. 3)； .3.3)若擾動持續(xù)時間為O. 3-50ms，且幅度小于4pu，判定為暫態(tài)震蕩；否則，執(zhí)行步驟.3.4)； . 3.4)若擾動持續(xù)時間為O. 5-30周期，且幅度為O. 1-0. 9pu，判定為電壓暫升；否則，執(zhí)行步驟3. 5)； .3.5)若擾動持續(xù)時間為O. 5-30周期，且幅度為I. 1-1. 8pu，判定為電壓暫降；否則，執(zhí)行步驟3. 6)；.3.6)若擾動持續(xù)時間為O. 5-150周期，且幅度小于O. lpu，判定為電壓中斷；否則，判定只有噪聲擾動。5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的，其特征在于所述上位機為工控機或PC機。全文摘要本專利技術公開了一種，包括以下步驟1)利用電壓互感器采集現(xiàn)場電能質量信號數(shù)據(jù)，通過電壓互感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，并由數(shù)據(jù)采集卡轉換為數(shù)字信號發(fā)送到上位機；2)在上位機采用嵌入定理及非線本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
基于空間變換的電能擾動檢測及分類方法，其特征在于包括以下步驟：1）數(shù)據(jù)采集利用電壓互感器采集現(xiàn)場電能質量信號數(shù)據(jù)，通過電壓互感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，并由數(shù)據(jù)采集卡轉換為數(shù)字信號發(fā)送至上位機；2）電能擾動檢測2.1）在上位機中，采用嵌入定理及非線性坐標變換技術將一維電能質量信號映射至三維相空間，對該相空間內的每一個點進行檢測，若檢測有擾動，執(zhí)行步驟2.2）；2.2）根據(jù)電能質量信號在相空間平面上的投影形狀判斷基波頻率是否發(fā)生漂移，并計算基波頻率，在該基波頻率的基礎上再對電能質量信號進行空間變換，通過計算相空間信號與投影平面原點間歐氏距離檢測暫態(tài)擾動；3）電能擾動分類檢測到暫態(tài)擾動后，記錄擾動持續(xù)時間及幅度作為特征值，按照IEEE?1159標準對檢測到的暫態(tài)擾動進行分類。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：吳青華，季天瑤，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：