一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電能質(zhì)量分析與監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種基于多特征量的高識(shí)別率復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)識(shí)別方法。本發(fā)明利用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備采集的電能質(zhì)量信號(hào)，作為待識(shí)別的擾動(dòng)信號(hào)類型，即自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的輸入，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別從而輸出擾動(dòng)信號(hào)的類型。該方法不僅能夠識(shí)別電力系統(tǒng)中存在的多種單一擾動(dòng)，還能夠精確的識(shí)別出多種復(fù)合擾動(dòng)，進(jìn)而為電能質(zhì)量的管理與治理提供輔助決策,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能質(zhì)量分析與監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，諸如煉鋼電弧爐、電氣化鐵路、電力電子裝置等大量非線性、沖擊性和不平衡負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的投入使用，導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降、電壓暫升、電壓波動(dòng)、諧波、電壓缺口、脈沖與振蕩暫態(tài)干擾等一系列需引起高度重視的電能質(zhì)量問(wèn)題。電能質(zhì)量污染易造成系統(tǒng)損耗增加，計(jì)量?jī)x表測(cè)量誤差增大，繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，補(bǔ)償電容器壽命大幅度降低，計(jì)算機(jī)死機(jī)或數(shù)據(jù)丟失，不可預(yù)計(jì)的低電壓跳閘等，由此給敏感負(fù)荷用戶帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失逐年增加。因此，供電部門和電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的關(guān)心程度與日俱增，電能質(zhì)量問(wèn)題已成為電力系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題。
[0003]電能質(zhì)量問(wèn)題按產(chǎn)生和持續(xù)時(shí)間可分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題和暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。隨著電能質(zhì)量對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響逐漸加大和人們對(duì)電能質(zhì)量研究的不斷深入，人們對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)的關(guān)注焦點(diǎn)已不僅僅是電壓、頻率和諧波等各項(xiàng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，還包括各種暫態(tài)擾動(dòng)。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)的研究已經(jīng)深入，國(guó)內(nèi)外也有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，各種監(jiān)測(cè)治理方法也較為成熟。而新型微處理器設(shè)備和各種電力電子設(shè)備的大量投入，使得暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題不斷突出。暫態(tài)擾動(dòng)的影響范圍雖然比穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)小，但其造成的后果不容小視。對(duì)暫態(tài)擾動(dòng)的解決需要以對(duì)暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)的充分認(rèn)識(shí)為前提，因此研究電能質(zhì)量擾動(dòng)，特別是暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)的檢測(cè)和識(shí)別方法具有十分重要的意義。
[0004]另外，由于實(shí)際電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)情況比較復(fù)雜，并非都是發(fā)生單一擾動(dòng)，還有很大可能是多種擾動(dòng)混合的情況，如系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的擾動(dòng)可能是電壓暫降和振蕩暫態(tài)的混合。由于復(fù)合電能質(zhì)量是多種單一擾動(dòng)相互作用而產(chǎn)生，在特征提取的過(guò)程中會(huì)因單一擾動(dòng)的相互影響而導(dǎo)致特征的混疊甚至失效，對(duì)其識(shí)別問(wèn)題要比單一擾動(dòng)識(shí)別復(fù)雜的多。雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)識(shí)別方法，但是這些方法針對(duì)多擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別率還比較低，因此發(fā)明一種具有較高識(shí)別率的復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)識(shí)別方法具有重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有電能質(zhì)量擾動(dòng)識(shí)別方法的不足，提供一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法，所述識(shí)別方法基于多特征量進(jìn)行。
[0006]一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法，具體步驟如下:
[0007]S1、進(jìn)行電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的采集:采用電壓互感器采集電網(wǎng)中電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)，由此得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)含擾動(dòng)的電壓信號(hào)U ；
[0008]S2、提取電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的特征向量,包括:
[0009]S21、米用總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法(Ensemble Empirical Mode Decomposit1n,EEMD)處理SI所述含擾動(dòng)的電壓信號(hào)U，提取EEMD分解的有效模態(tài)特征量M1, M2，其中，M1為EEMD分解得到的第一個(gè)模態(tài)的瞬時(shí)幅值最大值特征量，M2為EEMD分解得到的第一個(gè)模態(tài)各點(diǎn)取1?后的幅值之和；
[0010]S22、采用動(dòng)態(tài)測(cè)度法處理SI所述擾動(dòng)電壓信號(hào)U，提取信號(hào)頻率特征量Nf, N1, N2, Nh，其中，Nf為表征擾動(dòng)信號(hào)是單頻信號(hào)還是多頻信號(hào)的特征量，N1為表征諧波頻率點(diǎn)的特征量，N2為表征是否含有整數(shù)倍基波頻率點(diǎn)特征量，Nh為表征頻譜高頻段是否含有主要頻率點(diǎn)的特征量，具體如下:
[0011]S221、將SI所述擾動(dòng)電壓信號(hào)U進(jìn)行快速傅里葉變換從而得到傅里葉變換的幅度譜 A(f)；
[0012]S222、采用動(dòng)態(tài)測(cè)度法找出主要頻率點(diǎn)并結(jié)合極值點(diǎn)包絡(luò)從幅度譜A(f)中提取特征Nf，N1, N2, Nh,具體過(guò)程如下:
[0013]S2221、設(shè)XJPXn為曲線f上的兩個(gè)不同的點(diǎn)，則曲線上這兩點(diǎn)之間的部分記作路^P(X1jXn)jBPP(X1iXn) = (X1, X2,, Xn),其中，N 為不為零的自然數(shù)；
[0014]S2222、路徑P (X1, Xn)上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度差為路徑的動(dòng)態(tài)測(cè)度，即，Dyn [P (X1, Xn)] = {sup (|halt (Xi) -1halt(Xj) I)}，其中，Xi, Xj 為曲線 f 上 XJ X1^間的點(diǎn)，并且i, j e [2，N-1], sup表示上確界，halt表示高度；
[0015]S2223、設(shè)Xm為曲線f的一個(gè)極大點(diǎn)，當(dāng)曲線上存在比Xm更高的極大點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)Xm的動(dòng)態(tài)測(cè)度等于點(diǎn)χΜ通向與其同高度點(diǎn)的所有路徑中最小的路徑動(dòng)態(tài)測(cè)度，即Dyn[xM]={inf {Dyn[P (XM, XN) ]}}，其中，halt (Xm) = halt (Xn)，inf 表示下確界，P (XM, XN)表示曲線 f 上點(diǎn)Xm和點(diǎn)Xn之間的部分；
[0016]S2224、對(duì)極值點(diǎn)最大包絡(luò)求取動(dòng)態(tài)測(cè)度后得到原始信號(hào)的動(dòng)態(tài)測(cè)度譜A(w)，振蕩擾動(dòng)的振蕩頻率較高，則在動(dòng)態(tài)測(cè)度譜中分布在高頻段，在尋找主要頻率點(diǎn)時(shí)如果極值
點(diǎn)Xm的動(dòng)態(tài)測(cè)度DynDg滿足
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟: S1、進(jìn)行電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的采集:采用電壓互感器采集電網(wǎng)中電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)，由此得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)含擾動(dòng)的電壓信號(hào)U ； S2、提取電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的特征向量，包括: S21、采用總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法處理SI所述含擾動(dòng)的電壓信號(hào)U，提取EEMD分解的有效模態(tài)特征量M1, M2,其中，M1為EEMD分解得到的第一個(gè)模態(tài)的瞬時(shí)幅值最大值特征量，M2為EEMD分解得到的第一個(gè)模態(tài)各點(diǎn)取模后的幅值之和； S22、采用動(dòng)態(tài)測(cè)度法處理SI所述擾動(dòng)電壓信號(hào)U，提取信號(hào)頻率特征量Nf，N1,N2, Nh，其中，Nf為表征擾動(dòng)信號(hào)是單頻信號(hào)還是多頻信號(hào)的特征量，N1為表征諧波頻率點(diǎn)的特征量，N2為表征是否含有整數(shù)倍基波頻率點(diǎn)特征量，Nh為表征頻譜高頻段是否含有主要頻率點(diǎn)的特征量，具體如下: S221、將SI所述擾動(dòng)電壓信號(hào)U進(jìn)行快速傅里葉變換從而得到傅里葉變換的幅度譜A(f)； S222、采用動(dòng)態(tài)測(cè)度法找出主要頻率點(diǎn)并結(jié)合極值點(diǎn)包絡(luò)從幅度譜A(f)中提取特征Nf, N1, N2, Nh,具體過(guò)程如下: S2221、設(shè)X1和Xn為曲線f上的兩個(gè)不同的點(diǎn)，則曲線上這兩點(diǎn)之間的部分記作路徑P(X1iXn) JPP(X1iXn) = (X1, X2,, Xn),其中，N 為不為零的自然數(shù)； S2222、路徑P(X1, Xn)上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度差為路徑的動(dòng)態(tài)測(cè)度，即，Dyn[P (X1, Xn)]=(Supdhalt(Xi) -1halt(Xj) I)}，其中，Xi, Xj 為曲線 f 上 X1 和 Xn 之間的點(diǎn)，并且i,j ^ [2，N-1]，sup表示上確界，halt表示高度； S2223、設(shè)Xm為曲線f的一個(gè)極大點(diǎn)，當(dāng)曲線上存在比Xm更高的極大點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)Xm的動(dòng)態(tài)測(cè)度等于點(diǎn)Xm通向與其同高度點(diǎn)的所有路徑中最小的路徑動(dòng)態(tài)測(cè)度，即Dyn[XM]={inf {Dyn[P (XM, XN) ]}}，其中，halt (Xm) = halt (Xn)，inf 表示下確界，P (XM, XN)表示曲線 f 上點(diǎn)Xm和點(diǎn)Xn之間的部分； S2224、對(duì)極值點(diǎn)最大包絡(luò)求取動(dòng)態(tài)測(cè)度后得到原始信號(hào)的動(dòng)態(tài)測(cè)度譜A(w)，振蕩擾動(dòng)的振蕩頻率較高，則在動(dòng)態(tài)測(cè)度譜中分布在高頻段，在尋找主要頻率點(diǎn)時(shí)如果極值點(diǎn)Xm的動(dòng)態(tài)測(cè)度Dyn[XM]滿足
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法，其特征在于:S1所述電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在發(fā)電廠母線、區(qū)域變電站、重要支路和關(guān)鍵用戶接入點(diǎn)，其中重要支路和關(guān)鍵用戶接入點(diǎn)定義參見(jiàn)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別方法，其特征在于:S222所述動(dòng)態(tài)測(cè)度法結(jié)合極值點(diǎn)包絡(luò)的求取過(guò)程如下:設(shè)|F(m)|為監(jiān)測(cè)點(diǎn)含擾動(dòng)的電壓信號(hào)u的離散傅立葉變換結(jié)果的模，其共有L個(gè)極大值點(diǎn)，記為p(o|，設(shè)和郎+1)1之間的頻率點(diǎn)個(gè)數(shù)為xi+1，則I戶(o|和I郎+1)1之間的xi+1個(gè)頻率點(diǎn)的極大值包絡(luò)為
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK104034974SQ201410193729
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】張葛祥, 趙俊博, 劉德建 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)