CN102135586A - 检测电网电压异常事件的方法、装置和电源监控设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测电网电压异常事件的方法，在采样信号中检测是否发生电压的中断/骤升/骤降事件；如果检测到所述事件，则根据所述事件的检测点构建所述事件的虚波形；计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积；根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)或者结束时间点(n_e)。此方法有着较高的准确度和稳定性，同时计算成本较低，易于实施。

Description

检测电网电压异常事件的方法、装置和电源监控设备

技术领域

本发明涉及一种检测电网电压异常事件的方法、装置和电源监控设备，尤其涉及一种利用虚面积算法来检测电网电压异常事件的方法、装置和电源监控设备。

背景技术

电网中出现的电压骤降以及短暂的电源中断会对工业用户和商业用户造成重要的影响。与电源中断、电压骤降以及电压骤升有关的最普遍的问题是，诸如半导体行业中出现的设备停机和误操作。

如果可以利用电源监控设备(PMD)来检测电能质量事件，则可以避免此种情形的发生。而且，所检测到的事件的准确的时间信息，也有助于对电力系统的故障进行诊断和定位。例如，如果在不同地点设置的多个电源监控设备同时检测到一个相同的事件，通过不同电源监控设备检测到的起始时间，就有可能首先确定发生此事件的支路所在。

因此，要求在电源监控设备中嵌入算法，以用来快速检测电源中断、电压骤降以及电压骤升，并且提供事件的准确的特征信息。

现有技术中已经存在了多种算法来解决该问题，比如均方根值RMS和RMS综合离散小波变换，但是都需要进一步的改进。

RMS值是一个普遍用来检测中断、骤降以及骤升的方法，IEC61000-4-30也推荐采用该法。但是，它的精度偏低，因为它用滑动窗口(Sliding Window)来计算RMS，由于历史数据的缘故，会在判定起始时间点和结束时间点的时候出现无法避免的时间错移。中断/骤降/骤升的不确定度等于中断/骤降/骤升的起始不确定度(半个周期)加上中断/骤降/骤升的结束不确定度(半个周期)。因此，中断/骤降/骤升的持续时间的不确定度等于一个周期。使用该法也无法准确地计算出小于一个周期的事件的残余电压。图1示出了使用滑动窗口法来检测电压的示例。检测点位于D点，在此时，RMS低于预设的骤降阈值(比如，230V*0.9pu＝207V)。但是，在D点检测到的RMS低于阈值之前，实际上已经开始发生骤降事件了，比如在S点。

无论滑动的间隔有多小(比如，每隔一个采样点)都无法通过RMS值的检测来提高起始时间和结束时间的精度。

而现有技术中的另外一种算法则是RMS综合离散小波变换(discretewavelet transform)。现在有很多研究使用离散小波变换来检测电能质量扰动。理论上讲，可以通过离散小波变换来精确地检测到电能质量扰动事件(比如，中断/骤升/骤降)的起始时间和结束时间，同样，可以用离散小波变换结合RMS值来提高检测精度。但是，在实践中存在着诸多困难：

一是，通过离散小波变换检测到的结果容易受到噪声的影响。一般而言，在进行离散小波变换之前，需要使用额外的去噪算法来检测电能质量扰动事件，而这样会降低算法的复杂性，减小算法鲁棒性。

二是，当事件的起点或终点在电压波形的过零点附近时，由于电压骤升骤降幅值较低，噪声淹没了事件的幅值变化，离散小波变换无法正确地提取时间的起始时间和结束时间。

发明内容

本发明旨在提供一种检测电网电压异常事件的方法，可以针对现有技术中的问题，提供一种比较稳定的方法。

本发明的另一个目的是提供一种检测电网电压异常事件的装置和电源监控设备，可以稳定并准确地判断被检测到的事件的准确的起始时间或者结束时间。

为实现上述目的，本发明提出了一种检测电网电压异常事件的方法，包括以下步骤：

在采样信号中检测是否发生电网电压的中断/骤升/骤降事件；

如果检测到所述事件，则根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；

计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积；

根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)或者结束时间点(n_e)。

优选地，通过滑动RMS值来检测是否发生电网电压的中断/骤升/骤降事件。

优选地，根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积；具体包括：

将一个周期的正常波形作为参照子波形(S1)，根据检测点取一个周期的事件波形作为子波形(S2)；具体地，对于事件的起始时间点(n_s)，从检测点向前取一个周期的事件波形作为子波形(S2)；对于事件结束时间点(n_e)，从检测点后取一个周期的事件波形作为子波形(S2)；

计算参照子波形(S1)和所述子波形(S2)之间的差子波形(S)；

计算差子波形(S)绝对值的累积面积序列(B)；

确定所述序列(B)的最大单元(A₀)；

构建具有第一长度值(k)的第一虚子波形(V1)，根据第一虚子波形(V1)和子波形(S2)，建构具有采样信号数(N)的第二虚子波形(V)；

根据所述参照子波形(S1)和第二虚子波形(V)计算虚差子波形(SV)；

计算虚差子波形(SV)的绝对值的积分面积(SVB)。

优选地，所述序列(B)为B：{B₁，...，B_N-1，B_N}；其中，在计算所述事件的起始时间点(n_s)时，

在计算所述事件的结束时间点(n_e)时，

1≤i≤j≤N，N为采样信号数。

优选地，所述参照子波形(S1)和所述子波形(S2)具有同样的采样信号数。

优选地，在计算所述事件的起始时间点(n_s)时，第一长度值(k)为满足B_k≥Thr*A₀，1≤k≤N的第一个局部索引，在计算所述事件的结束时间点(n_e)时，第一长度值(k)为满足B_k≤Thr*A₀，1≤k≤N的第一个局部索引，Thr为事件阈值，N为采样信号数。

优选地，所述最大单元(A₀)为差子波形(S)绝对值在1个周期以上的积分面积。

优选地，构建具有第一长度值(k)的第一虚子波形(V1)具体为：

根据所述事件中的电压RMS值(U2_rms)和正常电压之间的RMS值(U1_rms)，构建具有第一长度值(k)的第一虚子波形(V1)

V1：{V1₁，...，V1_k-1，V1_k}

其中，

${V1}_i=\frac{{U2}_{\mathrm{rms}}}{{U1}_{\mathrm{rms}}}\×{S1}_i,$ 1≤i≤k。

优选地，根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)具体为：

从N开始，一直到1进行虚面积的重复计算，直到找到第一个可以满足SVB_Ts不小于最大单元(A₀)的最终起始时间点局部索引值(T_s)：

1≤i≤T_s≤N，其中N为采样信号数，

起始时间点(n_s)＝检测点(n_d)-采样信号数(N)+最终起始时间点局部索引值(T_s)。

优选地，根据所述积分面积确定所述事件的结束时间点(n_e)具体为：

从1开始，一直到N进行虚面积的重复计算，直到找到第一个可以满足SVB_Te不小于最大单元(A₀)的最终结束时间点局部索引值(T_e)：

1≤i≤T_e≤N，其中N为采样信号数，

结束时间点(n_e)＝检测点(n_d)-采样信号数(N)+最终结束时间点局部索引值(T_e)。

优选地，利用所述事件的起始时间点(n_s)和结束时间点(n_e)计算所述事件的持续时间，持续时间＝(起始时间点(n_s)-结束时间点(n_e)/N，N为采样信号数，在所述持续时间小于一个周期时，计算所述事件的RMS值。

本发明还提供了一种检测电网电压异常事件的装置，包括以下模块：

事件检测模块，用于在采样信号中检测是否发生电压的中断/骤升/骤降事件；

建构模块，用于根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；

计算模块，用于计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积，并根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)或者结束时间点(n_e)。

本发明还提供了一种电源监控设备，包括用于执行上述任一方法的装置。

本发明还提供了一种电源监控设备，包括所述检测电网电压异常事件的装置。

利用本发明所提供的方法、装置和电源监控设备，有助于找到被检测到的事件的准确的起始时间和结束时间。而且，还可以更准确地预估持续时间少于1个周期(cycle)(50HZ为20ms)的事件的剩余电压。本发明的计算成本较低，即使持续时间短于1个周期，也可以满足较高的精度。例如，事件持续时间的精度可以达到1.5ms(针对50HZ的系统)，而这还要比IEC61557-12中所规定的精度要高出许多(50HZ的系统为20ms)。同时，本发明所提供的方法、装置和电源监控设备比较稳定，不会受到事件的噪声、背景谐波、相移、幅值和相位的影响。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是用RMS值来检测电压的示意图；

图2是本发明方法实施例的流程图；

图3是本发明方法实施例中的部分流程的流程图；

图4是本发明方法实施例中的部分流程的流程图；

图5是利用本发明方法寻找事件起始时间点的示意图；

图6是利用本发明方法建构波形并计算的示意图；

图7是本发明方法实施例中部分流程的流程图；

图8是利用本发明方法寻找事件结束时间点的示意图；

图9是利用本发明方法建构波形并计算的示意图；

图10是本发明方法实施例中部分流程的流程图；

图11是本发明方法实施例的流程示意图；

图12是本发明提供的装置的结构框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种检测电网电压异常事件的方法，如图11包括以下步骤：

S1.通过滑动RMS值来检测电网电压的中断/骤升/骤降事件，在本申请中，将此种事件称为“事件”；

如果检测到中断/骤升/骤降事件，则预估一个初步的起始时间点或者结束时间点，可以将检测到该事件的检测点(或采样点)作为初步的起始时间点或者结束时间点；

S2.构建一个中断/骤升/骤降事件的虚波形，比如，根据中断/骤升/骤降事件的波形与正常波形的RMS值的比值，从该预估的起始时间点或者结束时间点外推出一个波形；

S3.计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积；

S4.根据该积分面积计算中断/骤升/骤降的起始时间点或者结束时间点。

此外，准确检测到起始时间点或者结束时间点，还有可能更加准确地计算较短持续时间的中断/骤升/骤降事件(少于1个周期)的RMS值。

具体地，如图2所示，本发明检测电网电压异常事件的方法为：

步骤1.接收从A/D转换器传来的采样信号。建议采样率为每个周期256个采样信号以上。在本实施例中，采样信号的长度为50Hz的情况下10个周期，或者60Hz的情况下12个周期。

步骤2.在所采集到的采样信号中，使用滑动RMS值的方法检测中断/骤升/骤降。如果在当前10个周期中存在中断/骤升/骤降，则会在临时存储结构中，按照事件发生的时间先后顺序存入所有中断/骤升/骤降事件的初步特征值，至少包括RMS值和检测点的索引，此临时存储结构称为临时事件列表。

对于三相电源系统，IEC61000-4-30要求检测单相和多相电压的中断/骤升/骤降事件。对于单相电压的检测而言，会逐相地确认电能质量事件，而多相电压的检测则是基于单相电压的检测结果进行的。

具体地，图3示出了步骤2中的详细流程：

201、判断前一事件是否已终止结束。如果前一事件尚未终止，则执行步骤205，在当前采集的10个周期的采样信号中，根据IEC61000-4-30继续检测事件的结束时间点。如果已经结束，则执行步骤202，检测是否还有新的事件。

202、根据IEC61000-4-30，通过计算超过1个周期的滑动RMS值来检测新的事件。但是，如果RMS值的更新频率超过半个周期，比如每个采样信号的RMS值都进行了更新，那么，就有助于检测那些持续时间短于1.5个周期的中断/骤升/骤降事件。

在检测电能质量事件之前，需要事先预设中断/骤升/骤降的阈值。可以自PMD上电时初始化，或者在PMD运行过程中由用户进行修改。根据有关标准，比如IEC61000-4-30、IEC61557-12和IEEE1159，中断、骤降和骤升的阈值建议分别为0.05pu、0.9pu和1.1pu，因此，如果RMS值小于0.05pu的话，可以确认为发生了中断这样的电能质量事件。如果RMS值大于0.05pu而小于0.9pu的话，可以确认为发生了骤降这样的电能质量事件。如果RMS值大于1.1pu的话，可以确认为发生了骤升这样的电能质量事件。

203.判断在步骤202中是否发现有新的中断/骤升/骤降事件，如果没有，则表明算法已经完成了对当前所采集的10个周期的采样信号的检索工作。在这种情况下，算法会执行步骤3，以判断临时事件列表是否为空。如果发现有新的事件，则算法执行步骤204。

204.如果在步骤203中检测到新的中断/骤升/骤降事件，则将新检测到的事件及其特征值，添加到临时事件列表中，其中至少包括幅值和检测时间点n_d。

205.在所采集到的采样信号中，根据IEC标准找到事件的结束点。如果RMS值从中断/骤升/骤降事件恢复到正常电压水平，即0.9pu～1.1pu，则事件的结束点为当前RMS计算中涉及到的一个周期的最后一个采样信号点。

206.判断是否检测到事件的结束点。如果没有检测到，则表明算法已经完成了对当前所采集的10个周期的采样信号的检索工作，并没有找到事件的结束点。在这种情况下，执行步骤3，判断临时事件列表是否为空。如果检测到事件的结束点的话，则算法执行步骤207。

207.将在步骤206中所检测到的事件结束点的索引以及幅值保存到临时事件列表中。然后，重复执行步骤202至207，直至没有检测到新的事件，或者在当前所采集的10个周期的采样信号中没有发现结束时间点。因此，在所采集到的采样信号中的所有的中断/骤升/骤降事件，都会存储到临时事件列表中。

这样便会形成一个包括各种电压事件的临时事件列表，供后续步骤使用。

步骤3.判断临时事件列表是否为空，如果为空，则表明虚面积算法已经处理了所有检测到的事件，或者在当前10个周期中没有检测到中断/骤升/骤降事件。如果未空，则表明尚有未经虚面积算法处理的检测到的事件。则会进一步计算事件的起始时间、结束时间和持续时间。

步骤4.如果临时事件列表未空，则根据虚面积算法计算临时事件列表中第一个事件的起始时间点n_s，参见图4，虚面积算法详细过程如下：

401.将一个周期的正常波形作为参照子波形S1。

S1：{S1₁，...，S1_N-1，S1_N}        (2)

例如，从检测点D向前数第二个周期的采样信号做为S1，如图5所示。S1的波形如图6(a)所示。

子波形S2是由步骤2检测到并存储在临时事件列表中的中断/骤升/骤降事件的一个周期的波形。

S2：{S2₁，...，S2_N-1，S2_N}        (3)

例如，取检测点D前面的一个周期采样信号做为S2，如图5所示。S2的波形如图6(b)所示。

在这里，我们先假定一个采样率，即每个周期N个采样信号。所以，子波形S1和S2都有着相同的采样信号数N。检测点D的索引为N。

402.计算S1和S2之间的差子波形S。差子波形S通过公式(4)和(5)进行计算。

S：{S₁，...，S_N-1，S_N}            (4)

S＝S1-S2                          (5)

403.计算差子波形S绝对值的累积面积序列B。

B：{B₁，...，B_N-1，B_N}            (6)

其中， $B_j=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_i\right|,1\≤i\≤j\≤N$

实际上，B_j表示差子波形S绝对值在局部索引从1到j之间的积分面积。因此，序列B的曲线是一个单调递增曲线。B的最大单元为B_N。

404.确定B的最大单元A₀

A₀＝B_N                            (7)

实际上，A₀是差子波形S绝对值在1个周期以上的积分面积。步骤404会在序列B里从局部索引1到N之间找到第一个局部索引k，使得B_k等于或者大于阈值Thr乘以积分面积A₀的值。

B_k≥Thr*A₀，1≤k≤N       (8)

因此，k就是作为估计的起始点的局部索引。

在电压信号理想、出现骤升/骤降事件以及同步采样的情况下，可以将Thr设为0，意味着正常波形与事件波形之间的第一个不同的点会揭示事件的起始点。但是，噪声、波动、采样不同步以及其他事件的影响，都会在一定程度上存在，就会使用一个阈值Thr来预估初步的起始点。考虑到噪声和电压波动通常不会超过10％(根据IEC标准)，在这里，将Thr设为10％。

例如，点P就是最初预计的起始点。点P的局部索引假设为k，而P是大于Thr*A0的第一个单元，如图6(e)所示。

405.构建长度为k的虚子波形V1。根据公式(9)，根据在中断/骤升/骤降事件中和正常电压之间的RMS值，从子波形S1中测量V1中的每个单元。

V1：{V1₁，...，V1_k-1，V1_k}       (9)

其中，

${V1}_i=\frac{{U2}_{\mathrm{rms}}}{{U1}_{\mathrm{rms}}}\×{S1}_i,1\≤i\≤k$

U2_rms是出现中断/骤升/骤降事件的RMS值，而U1_rms是S1的正常RMS值，如图5所示。

另外，在步骤405中还会进一步地根据虚子波形V1和子波形S2建构长度为N的虚子波形V，如公式(10)所示。

V：{V1₁，...，V1_k-1，V1_k，S2_k+1，S2_k+2，...，S2_N}      (10)

所建构的虚子波形V1如图6(b)所示，虚子波形V则包括虚子波形V1和子波形S2的一部分(波形S2从P点到D点的部分)。

另外，可以根据公式(11)和(12)计算虚差子波形SV。

SV：{SV₁，...，SV_N-1，SV_N}        (11)

SV＝S1-V                          (12)

例如，如图6(b)所示，虚线部分为虚差子波形SV，虚差子波形SV的部分与差子波形S2有重叠。

406.计算虚差子波形SV的绝对值的积分面积SVB，

SVB：{SVB₁，...，SVB_N-1，SVB_N}          (13)

${\mathrm{SVB}}_j=\underset{i=j}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{SV}}_i\right|,1\≤j\≤i\≤N---\left(14\right)$

通过公式(14)可以看到，每个单元SVB_j实际上代表一个积分面积，称为虚差子波形SV从j到N的“虚面积”。

图7进一步地描述了步骤406中对虚面积的计算过程。从N开始，一直到1进行虚面积的重复计算，直到找到第一个可以满足SVB_Ts(即，从T_s到N的虚积分面积SV)不小于积分面积A₀的值T_s：

${\mathrm{SVB}}_{T_S}=\underset{i=T_S}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{SV}}_i\right|\≥A_0,1\≤i\≤T_s\≤N---\left(15\right)$

因此，T_s所代表的采样信号就是最终起始点。

如图6(e)所示，以虚线所标记的积分面积SVB的曲线是一个单调递减曲线，虽然并不是SVB所有的单元都进行了标绘。S点则是根据公式(15)算得的最终起始点。一般而言，最终起始点S位于最初估计的起始点P点附近。

因此，可以根据公式(16)来计算最终起始点S的索引n_s。

n_s＝n_d-N+T_s           (16)

其中，

n_d：检测点的索引

N：每个周期的采样信号数

T_s：最终起始时间点的局部索引

步骤5.判断是否有足够的采样信号用来根据虚面积来确认事件的结束时间点，因为在事件的结束时间点的虚差波形，是根据事件的波形，以及至少根据在事件后的一个周期的正常波形的基础上生成的，所以，如果在步骤2中通过RMS值计算得的终点位于10个周期采样信号中的最后一个周期，则无法对该结束点进行确认。那么，在当前10个周期中的剩余采样信号会与下10个周期中的结合在一起。如果采样信号足够，则根据虚面积算法来计算第一个事件的结束时间点n_e。

步骤6.如果采样信号足够根据虚面积来确认结束时间点，则根据虚面积算法来计算临时事件列表中第一个事件的结束时间点n_e，参见图4，具体如下：

步骤601：从子波形S1中取正常波形的一个周期作为参照。

例如，S1可以定义为检测点D之后前一个周期的采样信号，如图8所示。S1的波形参见图9(a)。

子波形S2是在步骤2中所检测到的中断/骤升/骤降事件时的波形的一个周期，该事件还被储存在临时事件列表中。

例如，S2可以定义为检测点D之前后一个周期的采样信号，如图8所示。S2的波形参见图9(b)。

在这里，假定每个周期的采样率为N个采样信号。因此，子波形S1和S2具有相同的采样信号数N。检测点采样信号D的索引为N。

步骤602：计算S1和S2之间的差子波形S。差子波形S如公式(4)和(5)所定义。S的波形同样参见图9(c)的实线部分。

步骤603：计算差子波形S绝对值的积分面积序列B，如公式(13)所示。

B：{B₁，...，B_N-1，B_N}       (13)

其中， $B_j=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_i\right|,1\≤i\≤j\≤N$

实际上，B_j表示差子波形S绝对值在从j到N局部索引之间的积分面积。因此，序列B的曲线是一个单调递减曲线。B的最大单元为B₁。

步骤604：确定B的最大单元A₀

A₀＝B₁                      (14)

实际上，A₀是差子波形S绝对值在1个周期以上的积分面积。

步骤604会在序列B里从1到N找到第一个值k，使得B_k等于或者小于阈值Thr乘以积分面积A₀。

B_k≤Thr*A₀，1≤k≤N        (15)

因此，k就是作为估计的结束点的局部索引。Thr与上文所述的阈值相等。此处的Thr同样可以设为10％。

例如，点Q就是最初预计的结束点。点Q的局部索引假设为k，而Q是小于Thr*A₀的第一个单元，如图9(e)所示。

步骤605：构建长度为N-k的虚子波形V1。根据在中断/骤升/骤降事件中和正常电压之间的RMS值，从子波形S1中测量V1中的每个单元。

V1：{V1₁，...，V1_N-1，V1_N}         (16)

其中，

${V1}_i=\frac{{U2}_{\mathrm{rms}}}{{U1}_{\mathrm{rms}}}\×{S1}_i,k\≤i\≤N$

U2_rms是出现中断/骤升/骤降事件的RMS值，而U1_rms是中断/骤升/骤降事件后，S1的正常RMS值，如图8所示。

另外，在步骤605中还会进一步地根据虚子波形V1和子波形S2建构长度为N的虚子波形V，如公式(17)所示。

V：{S2₁，S2₂，...，S2_K-1，V1_K，...，V1_N-1，V1_N}       (17)

起点Q后所建构的虚子波形V1如图9(b)中虚线部分所示，虚子波形V则包括虚子波形V1和子波形S2的一部分(波形S2从1到Q点的部分)。

另外，可以根据公式(11)和(12)计算虚差子波形SV。

例如，如图9(d)所示，虚线部分为虚差子波形SV，虚差子波形SV的部分与差子波形S2有重叠。

步骤606：计算虚差子波形SV的绝对值的积分面积SVB，

SVB：{SVB₁，...，SVB_N-1，SVB_N}            (18)

${\mathrm{SVB}}_j=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{SV}}_i\right|,1\≤j\≤i\≤N---\left(19\right)$

通过公式(19)可以看到，每个单元SVB_j实际上代表一个积分面积，称为虚差子波形SV从1到j的“虚面积”。

图10进一步地描述了步骤606中对虚面积的计算过程。从1开始，一直到N进行虚面积的重复计算，直到找到第一个可以满足SVB_Te(即，从T_e到N的虚积分面积SV)不小于积分面积A₀的值T_e：

${\mathrm{SVB}}_{T_e}=\underset{i=1}{\overset{T_e}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{SV}}_i\right|\≥A_0,1\≤i\≤T_e\≤N---\left(20\right)$

因此，Te所代表的采样信号就是最终结束点。

如图9(e)所示，以虚线所标记的积分面积SVB的曲线是一个单调递增曲线，虽然并不是SVB所有的单元都进行了标绘。E点则是根据公式(20)算得的最终结束点。一般而言，最终结束点E位于最初估计的结束点Q点附近。

因此，可以根据公式(16)来计算最终结束点E的索引n_e。

n_e＝n_d-N+T_e                   (21)

其中，

n_d：检测点的索引

N：每个周期的采样信号数

T_e：最终结束点的局部索引

步骤7.根据起始时间点n_s和结束时间点n_e来计算临时事件列表中第一个事件的持续时间。

持续时间＝(n_e-n_s)/N(秒)        (1)

其中，

n_e：结束时间点的索引；

n_s：起始时间点的索引；

N：每个周期内的采样信号数。

步骤8.判断步骤7中算得的持续时间是否少于1个周期，如果少于1个周期，则在步骤9中计算RMS值。

步骤9.为了提高幅值的精度，计算在步骤4中构建的虚波形的RMS值，作为中断/骤升/骤降事件的幅值(持续时间＜1个周期)。

步骤10.将算得的第一个事件的持续时间和幅值存入一个称为事件记录列表的存储结构中。事件记录列表还会由其他模块进一步进行处理，比如由显示器、事件日志模块、告警模块等等。持续时间就是步骤7中算得的结果。如果持续时间不小于1个周期，根据IEC61000-4-30，骤降/中断的幅值则是最小的RMS值，骤升的幅值则是最大的RMS值。因为IEC61000-4-30中并没有对持续时间小于1个周期的事件有要求，这种情况下就选用步骤9中算得的结果作为其幅值。

步骤11.通过步骤3直至步骤11已经对事件存储列表中的第一个事件进行了处理，将处理后的第一个事件从时间存储列表中予以删除。如果事件存储列表中还有中断/骤升/骤降事件，则开始处理存储在事件存储列表中的第二个事件。

本发明还提供了一种检测电网电压异常事件的装置A1，如图12所示，包括以下模块：

事件检测模块A11，用于在采样信号中检测是否发生电压的中断/骤升/骤降事件；

建构模块A12，用于根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；

计算模块A13，用于计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积，并根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)或者结束时间点(n_e)。

本发明还提供了一种电源监控设备，包括用于执行上述的方法的装置，或者包括上述检测电网电压异常事件的装置A1。

可以看出，此种方法和装置、设备有着诸多优点：

(1)较高的准确度

通过使用虚面积算法，持续时间的准确度可以达到1.5ms(针对50Hz的系统)，而这要比IEC61557-12要求的20ms(针对50Hz的系统)高出许多。

通过虚拟事件曲线，此方案可以排除持续时间短于1个周期的事件的电压估计错误。

经过在某低成本PMD上进行的实验表明，根据IEC61557-12，电压骤降的准确度可以达到0.2级，骤升的准确度可以达到0.1级，中断的准确度可以达到0.5级。

(2)较高的稳定性

因为虚面积算法鲁棒性较好，可以不受事件的噪声、背景谐波、相移、幅值和相位的影响，所以比较稳定。

(3)易于实施

因为RMS和积分面积的计算量要低于其他算法，比如小波算法，所以此种方案更易于在一般的电源监控设备上实施。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (14)

1.一种检测电网电压异常事件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在采样信号中检测是否发生电压的中断/骤升/骤降事件；

如果检测到所述事件，则根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；

计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积；

根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)或者结束时间点(n_e)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过滑动RMS值来检测是否存在电压的中断/骤升/骤降事件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积；具体包括：

将一个周期的正常波形作为参照子波形(S1)，根据所述检测点(n_d)取一个周期的事件波形作为子波形(S2)；

计算参照子波形(S1)和所述子波形(S2)之间的差子波形(S)；

计算差子波形(S)绝对值的累积面积序列(B)；

确定所述序列(B)的最大单元(A₀)；

构建具有第一长度值(k)的第一虚子波形(V1)，根据第一虚子波形(V1)和子波形(S2)，建构具有采样信号数(N)的第二虚子波形(V)；

根据所述参照子波形(S1)和第二虚子波形(V)计算虚差子波形(SV)；

计算虚差子波形(SV)的绝对值的积分面积(SVB)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述序列(B)为B：{B₁，...，B_N-1，B_N}；其中，在计算所述事件的起始时间点(n_s)时， $B_j=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_i\right|,1\≤i\≤j\≤N,$ 在计算所述事件的结束时间点(n_e)时， $B_j=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_i\right|,$ 1≤i≤j≤N，N为采样信号数。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述参照子波形(S1)和所述子波形(S2)具有同样的采样信号数。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

在计算所述事件的起始时间点(n_s)时，第一长度值(k)为满足B_k≥Thr*A₀，1≤k≤N的第一个局部索引，在计算所述事件的结束时间点(n_e)时，第一长度值(k)为满足B_k≤Thr*A₀，1≤k≤N的第一个局部索引，Thr为事件阈值，N为采样信号数。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述最大单元(A₀)为差子波形(S)绝对值在1个周期以上的积分面积。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，构建具有第一长度值(k)的第一虚子波形(V1)具体为：

根据所述事件中的电压RMS值(U2_rms)和正常电压RMS值(U1_rms)，构建具有第一长度值(k)的第一虚子波形(V1)

V1：{V1₁，...，V1_k-1，V1_k}

其中，

1≤i≤k，其中U2_rms为所述事件中的电压RMS值，

U1_rms为正常电压RMS值。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)具体为：

从N开始，一直到1进行虚面积的重复计算，直到找到第一个可以满足SVB_Ts不小于最大单元(A₀)的最终起始时间点局部索引值(T_s)：

1≤i≤T_s≤N，其中N为采样信号数，

起始时间点(n_s)＝检测点(n_d)-采样信号数(N)+最终起始时间点局部索引值(T_s)。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述积分面积确定所述事件的结束时间点(n_e)具体为：

从1开始，一直到N进行虚面积的重复计算，直到找到第一个可以满足SVB_Te不小于最大单元(A₀)的最终结束时间点局部索引值(T_e)：

1≤i≤T_e≤N，其中N为采样信号数，

结束时间点(n_e)＝检测点(n_d)-采样信号数(N)+最终结束时间点局部索引值(T_e)。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述事件的起始时间点(n_s)和结束时间点(n_e)计算所述事件的持续时间，持续时间＝(起始时间点(n_s)一结束时间点(n_e)/N，N为采样信号数，在所述持续时间小于一个周期时，计算所述事件的RMS值。

12.一种检测电网电压异常事件的装置，其特征在于，包括以下模块：

事件检测模块，用于在采样信号中检测是否发生电压的中断/骤升/骤降事件；

建构模块，用于根据所述事件的检测点(n_d)构建所述事件的虚波形；

计算模块，用于计算正常波形和虚波形的差曲线的绝对值的积分面积，并根据所述积分面积确定所述事件的起始时间点(n_s)或者结束时间点(n_e)。

13.一种电源监控设备，其特征在于，包括用于执行上述权利要求1-11任意一项所述的方法的装置。

14.一种电源监控设备，其特征在于，包括所述权利要求1 2中的检测电网电压异常事件的装置。

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