CN103560509B - 一种基于小波分析的电压下陷检测装置及该装置的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于小波分析的电压下陷检测装置及该装置的控制方法，属于电力系统电能质量检测系统领域，本发明为解决现有电压下陷检测方法存在不可检测域、检测时间不确定、无法准确定位电压下陷产生的问题。本发明包括电压下陷补偿装置、断路器、旁路断路器和电压下陷检测器，所述电压下陷检测器包括检测器和电压下陷检测单元。当电压下陷发生时，本方法通过小波分析得到的小波系数在设定的尺度下发生巨大的变化，从而准确的定位电压下陷的发生时刻和下陷电压幅值，然后给电压下陷补偿装置的控制部分发送信号使其工作补偿下陷的电压，或者发送信号给负载的保护系统使其做出相应的保护动作。本发明用于电力系统电能质量检测系统。
Description
技术领域
本发明属于电力系统电能质量检测系统领域，涉及该领域的电压下陷检测技术。
背景技术
电压下陷是一个短时时间（10ms-1min）的事件，在这段时间里，电压幅值平均值会降低。电压偏离会导致很多明显的扰动，对于很多的电力系统装置，电压下陷的影响等同于中断的影响，电力系统中的问题超过80%是由于电压下陷问题引发的。电压下陷扰动可能会打断生产进程，迫使生产停止，尽管电压下陷可能发生在1秒之内，但是修复过程却可能需要很长时间去完成。因此，由电压下陷问题产生的后果可能非常严重，是安全用电的重要隐患之一。
目前，公知的电压下陷的检测方法主要是实时检测公共连接点（PCC）的电网的电压信号，综合频率、相位等参数，通过电压幅值偏差来判断是否发生电压下陷。但是，这种检测方法会存在较大的不可检测域和检测的时间不确定等问题，并且当电网参数发生轻微偏移便会无法准确定位电压下陷的发生。
小波分析越来越成为了一种通用的方法来分析电力系统时间序列中固定的变化。通过分解一个时间序列到时间频率空间，它可以同时确定变化主导模式和这些模式是怎么瞬时变化的。在电力系统分析中，因为小波相对于其他变换来说，对于分析瞬时变化有着更高的效率，因此小波变换已经引起了广泛的注意。小波变换已经被用于电力系统保护的很多个领域，电能质量、电力系统瞬时变化，负载预测和电力系统的监测。
发明内容
本发明目的是为了解决现有电压下陷检测方法存在不可检测域、检测时间不确定、无法准确定位电压下陷产生的问题，提供了一种基于小波分析的电压下陷检测装置及该装置的控制方法。
本发明所述一种基于小波分析的电压下陷检测装置，它包括电压下陷补偿装置、断路器、旁路断路器和电压下陷检测器，所述电压下陷检测器包括检测器和电压下陷检测单元，
电电网和用电负载之间依次串联有断路器和电压下陷补偿装置，旁路断路器与电压下陷补偿装置并联连接，检测器用于检测电网和用电负载的公共连接点的电压信号，检测器的电压信号输出端连接电压下陷检测单元的电压信号输入端，电压下陷检测单元的断网控制信号输出端连接电压下陷补偿装置的断网控制信号输入端。
本发明所述基于电压下陷检测装置的控制方法，该方法的具体过程为：
步骤一、霍尔电压传感器实时采样检测电网和用电负载的公共连接点的电压信号，并对该电压信号进行处理获取一系列公共连接点电压信号u(i)，其中：i为采样次数，i=1,2,…,n，n为正整数；
步骤二、离散小波分解滤波器对步骤一获取的公共连接点电压信号u(i)进行四阶小波分解，获取第i次采样四阶小波系数d4(i)；
步骤三、特征参数计算电路根据步骤二获取的第i次采样四阶小波系数d4(i)计算第i次采样所在工频周期的四阶小波系数能量Ed4和第i次采样四阶小波系数幅值Dd4(i)；
第i次采样所在工频周期的四阶小波系数能量Ed4的获取方法为公式（1）：
其中：f表示工频，k表示采样频率，并且，采样频率k为工频f的整数倍；
第i次采样四阶小波系数幅值Dd4(i)的获取方法为公式（2）：
Dd4(i)=d4(i)-d4(i-2) （2）
其中：d4(i-2)为第i-2次采样四阶小波系数；
步骤四、电压下陷判断电路判断步骤三获取的数据是否同时满足条件：Ed4≥A和Dd4(i)≥B，如果否则该时刻不存在电压下陷，返回步骤一，如果是则该时刻存在电压下陷，输出断网控制命令给电压下陷补偿装置；
其中：A表示能量阈值，a表示能量阈值系数，取值范围为1.5～3，表示正常态下抽样5～10个工频周期的四阶小波系数能量的平均值；
B表示幅值阈值，b表示幅值阈值系数，取值范围为2～5，表示正常态下抽样10～50个采样点的四阶小波系数幅值的平均值。
本发明的优点：本发明所述的一种基于小波分析的电压下陷检测装置及该装置的控制方法，当电压下陷发生时，本方法通过小波分析得到的小波系数在设定的尺度下发生巨大的变化，从而准确的定位电压下陷的发生时刻和下陷电压幅值，然后给电压下陷补偿装置的控制部分发送信号使其工作补偿下陷的电压，或者发送信号给负载的保护系统使其做出相应的保护动作。它的优点是：可以迅速地识别电压下陷的特征，准确的定位电压下陷发生的时刻以及下陷的电压幅值，显著地提高对电压下陷发生的检测速度，不会对电网产生谐波污染，减小了一般检测方法的不可检测域，可以检测出一般检测方法所无法识别的电压下陷。本发明能够在5%工频周期内识别电压下陷的发生，并且识别准确度能达到98%。
附图说明
图1是本发明所述一种基于小波分析的电压下陷检测装置的电路结构示意图；
图2是检测器的电路结构示意图；
图3是电压下陷检测单元的电路结构示意图；
图4是正弦半波电压信号小波分析示意图，横坐标表示时间，纵坐标表示幅值；
图5是下陷电压信号的小波分析示意图，横坐标表示时间，纵坐标表示幅值。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于小波分析的电压下陷检测装置，它包括电压下陷补偿装置103、断路器107、旁路断路器108和电压下陷检测器109，所述电压下陷检测器109包括检测器104和电压下陷检测单元105，
电网101和用电负载102之间依次串联有断路器107和电压下陷补偿装置103，旁路断路器108与电压下陷补偿装置103并联连接，检测器104用于检测电网101和用电负载102的公共连接点106的电压信号，检测器104的电压信号输出端连接电压下陷检测单元105的电压信号输入端，电压下陷检测单元105的断网控制信号输出端连接电压下陷补偿装置103的断网控制信号输入端。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述检测器104包括霍尔电压传感器301、运算放大电路302和AD转换电路303，
霍尔电压传感器301采集电网101和用电负载102的公共连接点106的电压信号，霍尔电压传感器301的电压信号输出端连接运算放大电路302的电压信号输入端，运算放大电路302的电压信号输出端连接AD转换电路303的电压信号输入端，AD转换电路303的数字信号输出端连接电压下陷检测单元105的电压信号输入端。
具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述电压下陷检测单元105包括低通滤波器201、离散小波分解滤波器202、特征参数计算电路203和电压下陷判断电路204，
低通滤波器201的电压信号输入端连接检测器104的电压信号输出端，低通滤波器201的电压信号输出端连接离散小波分解滤波器202的电压信号输入端，离散小波分解滤波器202的分解信号输出端连接特征参数计算电路203的分解信号输入端，特征参数计算电路203的参数信号输出端连接电压下陷判断电路204的参数信号输入端，电压下陷判断电路204的断网控制信号输出端连接电压下陷补偿装置103的断网控制信号输入端。
具体实施方式四：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述离散小波分解滤波器202为四阶小波滤波器。
具体实施方式五：本实施方式所述基于电压下陷检测装置的控制方法，该方法的具体过程为：
步骤一、霍尔电压传感器301实时采样检测电网101和用电负载102的公共连接点106的电压信号，并对该电压信号进行处理获取一系列公共连接点电压信号u(i)，其中：i为采样次数，i=1,2,…,n,n为正整数；
步骤二、离散小波分解滤波器202对步骤一获取的公共连接点电压信号u(i)进行四阶小波分解，获取第i次采样四阶小波系数d4(i)；
步骤三、特征参数计算电路203根据步骤二获取的第i次采样四阶小波系数d4(i)计算第i次采样所在工频周期的四阶小波系数能量Ed4和第i次采样四阶小波系数幅值Dd4(i)；
第i次采样所在工频周期的四阶小波系数能量Ed4的获取方法为公式（1）：
其中：f表示工频，k表示采样频率，并且，采样频率k为工频f的整数倍；
第i次采样四阶小波系数幅值Dd4(i)的获取方法为公式（2）：
Dd4(i)=d4(i)-d4(i-2) （2）
其中：d4(i-2)为第i-2次采样四阶小波系数；
步骤四、电压下陷判断电路204判断步骤三获取的数据是否同时满足条件：Ed4≥A和Dd4(i)≥B，如果否则该时刻不存在电压下陷，返回步骤一，如果是则该时刻存在电压下陷，输出断网控制命令给电压下陷补偿装置103；
其中：A表示能量阈值，a表示能量阈值系数，取值范围为1.5～3，表示正常态下抽样5～10个工频周期的四阶小波系数能量的平均值；
B表示幅值阈值，b表示幅值阈值系数，取值范围为2～5，表示正常态下抽样10～50个采样点的四阶小波系数幅值的平均值。
工作原理：当电压下陷发生时，监测点电压幅值会发生骤降，这种变化会引入很多的高频分量，时域的分析无法快速地捕捉这些高频分量，傅里叶分析方法又无法满足实时的要求，而小波分析的方法可以实时的捕捉到这些高频分量的变化，本发明为采用离散小波分析的方法来检测电压下陷问题。
Claims (4)
1.一种基于小波分析的电压下陷检测装置的控制方法，该控制方法根据基于小波分析的电压下陷检测装置实现，基于小波分析的电压下陷检测装置包括电压下陷补偿装置(103)、断路器(107)、旁路断路器(108)和电压下陷检测器(109)，所述电压下陷检测器(109)包括检测器(104)和电压下陷检测单元(105)，
电网(101)和用电负载(102)之间依次串联有断路器(107)和电压下陷补偿装置(103)，旁路断路器(108)与电压下陷补偿装置(103)并联连接，检测器(104)用于检测电网(101)和用电负载(102)的公共连接点(106)的电压信号，检测器(104)的电压信号输出端连接电压下陷检测单元(105)的电压信号输入端，电压下陷检测单元(105)的断网控制信号输出端连接电压下陷补偿装置(103)的断网控制信号输入端；
其特征在于，该控制方法的具体过程为：
步骤一、霍尔电压传感器(301)实时采样检测电网(101)和用电负载(102)的公共连接点(106)的电压信号，并对该电压信号进行处理获取一系列公共连接点电压信号u(i)，其中：i为采样次数，i＝1,2,…,n，n为正整数；
步骤二、离散小波分解滤波器(202)对步骤一获取的公共连接点电压信号u(i)进行四阶小波分解，获取第i次采样四阶小波系数d4(i)；
步骤三、特征参数计算电路(203)根据步骤二获取的第i次采样四阶小波系数d4(i)计算第i次采样所在工频周期的四阶小波系数能量Ed4和第i次采样四阶小波系数幅值Dd4(i)；
第i次采样所在工频周期的四阶小波系数能量Ed4的获取方法为公式(1)：
其中：f表示工频，k表示采样频率，并且，采样频率k为工频f的整数倍；
第i次采样四阶小波系数幅值Dd4(i)的获取方法为公式(2)：
Dd4(i)＝d4(i)-d4(i-2) (2)
其中：d4(i-2)为第i-2次采样四阶小波系数；
步骤四、电压下陷判断电路(204)判断步骤三获取的数据是否同时满足条件：Ed4≥A和Dd4(i)≥B，如果否则该时刻不存在电压下陷，返回步骤一，如果是则该时刻存在电压下陷，输出断网控制命令给电压下陷补偿装置(103)；
其中：A表示能量阈值，a表示能量阈值系数，取值范围为1.5～3，表示正常态下抽样5～10个工频周期的四阶小波系数能量的平均值；
B表示幅值阈值，b表示幅值阈值系数，取值范围为2～5，表示正常态下抽样10～50个采样点的四阶小波系数幅值的平均值。
2.根据权利要求1所述一种基于小波分析的电压下陷检测装置的控制方法，其特征在于，所述检测器(104)包括霍尔电压传感器(301)、运算放大电路(302)和AD转换电路(303)，
霍尔电压传感器(301)采集电网(101)和用电负载(102)的公共连接点(106)的电压信号，霍尔电压传感器(301)的电压信号输出端连接运算放大电路(302)的电压信号输入端，运算放大电路(302)的电压信号输出端连接AD转换电路(303)的电压信号输入端，AD转换电路(303)的数字信号输出端连接电压下陷检测单元(105)的电压信号输入端。
3.根据权利要求1所述一种基于小波分析的电压下陷检测装置的控制方法，其特征在于，所述电压下陷检测单元(105)包括低通滤波器(201)、离散小波分解滤波器(202)、特征参数计算电路(203)和电压下陷判断电路(204)，
低通滤波器(201)的电压信号输入端连接检测器(104)的电压信号输出端，低通滤波器(201)的电压信号输出端连接离散小波分解滤波器(202)的电压信号输入端，离散小波分解滤波器(202)的分解信号输出端连接特征参数计算电路(203)的分解信号输入端，特征参数计算电路(203)的参数信号输出端连接电压下陷判断电路(204)的参数信号输入端，电压下陷判断电路(204)的断网控制信号输出端连接电压下陷补偿装置(103)的断网控制信号输入端。
4.根据权利要求1所述一种基于小波分析的电压下陷检测装置的控制方法，其特征在于，所述离散小波分解滤波器(202)为四阶小波滤波器。
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