CN104391207B - 一种采用基频单向量s变换的电压暂降检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，该方法包括数据采集及计数模块(1)、计算序列形成模块(2)、基频单向量S变换模块(3)、电压暂降识别及参数计算模块(4)等4个功能模块；数据采集及计数模块(1)根据设定的采样数据量预设值将暂存于数据缓冲区的数据提取至计算序列形成模块(2)，计算序列形成模块(2)根据算法处理完成标志组成计算序列，基频单向量S变换模块(3)对计算序列做基频单向量S变换并求其模向量，电压暂降识别及参数计算模块(4)根据基频单向量S变换模向量幅值判断是否有暂降发生，并计算和保存暂降幅值和起止时刻；本发明为电压暂降的检测提供了一种实时精确的手段。

Description

一种采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法
技术领域
本发明涉及短时电能质量扰动检测领域，特别涉及一种电压暂降检测方法。
背景技术
电压暂降是最常见和危害很大的电能质量问题，快速检测电压暂降并准确估计其参数，是治理该类电能质量的前提，对保障敏感设备的安全可靠运行具有重要意义。
在分析短时电能质量扰动时常采用时频分析工具，近年S变换由于其优良的时频特性，已成为电能质量扰动分析的热点工具；在利用S变换分析电能质量扰动过程中，通常利用S变换求模时频矩阵，并从中提取基频幅值向量、时间幅值包络、频率幅值包络等特征向量，然后采用决策树等分类器根据特征向量的特征值对扰动进行识别或计算扰动参数。
S变换在求解扰动数据过程中采用固定窗宽的高斯函数，其在低频部分(包括基频)求解后的时间分辨率较低，难以精确检测持续时间仅有几个基频周波的电压暂降扰动；通过增加高斯函数窗宽调整系数可以提高S变换低频部分的时间分辨率，使其精确检测短时电压暂降幅值和起止时刻成为可能。
S变换的求解需要遍历输入数据FFT频谱的所有频率点，而在检测和计算电压暂降参数时只需用到基频向量，所以在此类应用中，如果在求解数据的S变换时仅计算基频向量，可以大大缩短运算时间，保障算法的实时应用。
发明内容
本发明提供一种电压暂降检测和参数计算方法，通过只求解改进S变换的基频向量，提高电压暂降检测和参数计算的准确性和实时性。
本发明所述的采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，包括数据采集及计数模块(1)、计算序列形成模块(2)、基频单向量S变换模块(3)、电压暂降识别及参数计算模块(4)，所述4个功能模块依次循环联系实现电压暂降的实时检测，数据采集及计数模块(1)根据设定的采样数据量计数器预设值将暂存于数据缓冲区的数据截取至计算序列形成模块(2)，计算序列形成模块(2)根据算法处理完成标志P组成计算序列，基频单向量S变换模块(3)对计算序列做基频单向量S变换并求其模向量，电压暂降识别及参数计算模块(4)根据基频单向量S变换模向量幅值判断是否有暂降发生，若无暂降则以20个基频周波为处理周期循环检测是否有暂降发生，若有暂降且不存在暂降结束时刻，以0.5个基频周波为处理周期循环检测计数序列直到有暂降结束时刻为止；若有暂降且存在暂降结束时刻，则计算并保存暂降幅值和起止时刻，并保存计算序列数据。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，其初始化过程中采样数据量计数器预设值为20个基频周波，初始化过程中处理完成标志P的预设值为1。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，其数据采集及计数模块(1)通过数据过零点检测采样数据量的周波数，并触发截取数据事件，将数据从缓冲区截取到计算区。
所述采用基频单向量S变换电压暂降检测方法，其计算序列形成模块(2)根据处理完成标志P组成计算序列h(k)，若P=1，则计算序列h(k)只包括新截取的数据；若P=0，则由新截取的数据续接上次计算序列组成新的计算序列h(k)。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，其基频单向量S变换模块(3)的计算步骤如下：
S1：检测计算序列h(k)的数据长度l，进入步骤S2；
S2：判断l是否等于20个基频周波的数据长度，若相等则进入步骤S4，若不相等则进入步骤S3；
S3：将20个基频周波长度的高斯函数序列g(m)两端补零使其长度为l，进入步骤S4；
S4：对h(k)求FFT频谱序列Ds(m)，进入S5；
S5：将高斯函数序列g(m)中心循环移位到对齐Ds(m)基频频率点，进入步骤S6；
S6：将高斯函数序列g(m)与Ds(m)做数组乘（加窗处理），得序列Dg(m)，进入步骤S7；
S7：对序列Dg(m)求FFT反变换得基频单向量S变换结果，其为复数向量Vc(k)，进入步骤S8；
S8：对Vc(k)求模得模向量Vm(k)，结果送入电压暂降及参数计算模块(4)。
所述的基频单向量S变换模块(3)中高斯序列g(m)表达式为g(m)=exp(-wm 2)，其中w为窗宽调整系数，其取值为0.0037到0.0075之间。
所述采用基频单向量S变换电压暂降检测方法，其电压暂降识别及参数计算模块(4)通过检测模向量Vm(k)的最小值来判断电压暂降的发生，即Vm(k)的最小值小于0.45，则有电压暂降发生，否则未发生电压暂降扰动。
所述电压暂降识别及参数计算模块(4)通过查找模向量Vm(k)的差分向量Vd(k)的有效极大值点来判断电压暂降的结束时刻，所述有效极大值点是差分向量Vd(k)幅值大于0.0005的极大值对应的时间采样点。
附图说明
图1为本发明所述电压暂降检测方法的功能模块及流程图；
图2为本发明所述基频单向量S变换求解流程；
图3为本发明的实施举例说明。
具体实施方式
为解决电压暂降的精确检测和实时应用问题，本发明提供一种采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，以下结合附图对本发明的优选实施实例进行阐述，需要说明的是，优选实施实例是为了进一步说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1为本发明所述一种采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法的功能模块及流程图。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，包括数据采集及计数模块(1)、计算序列形成模块(2)、基频单向量S变换模块(3)、电压暂降识别及参数计算模块(4)，所述4个功能模块依次循环联系实现电压暂降的实时检测，数据采集及计数模块(1)根据设定的采样数据量计数器预设值将暂存于数据缓冲区的数据截取至计算序列形成模块(2)，计算序列形成模块(2)根据算法处理完成标志P组成计算序列，基频单向量S变换模块(3)对计算序列做基频单向量S变换并求其模向量，电压暂降识别及参数计算模块(4)根据基频单向量S变换模向量幅值判断是否有暂降发生，若无暂降则以20个基频周波为处理周期循环检测是否有暂降发生，若有暂降且不存在暂降结束时刻，以0.5个基频周波为处理周期循环检测计数序列直到有暂降结束时刻为止；若有暂降且存在暂降结束时刻，则计算并保存暂降幅值和起止时刻，并保存计算序列数据。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，其初始化过程中采样数据量计数器预设值为20个基频周波，初始化过程中处理完成标志P的预设值为1。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，其数据采集及计数模块(1)通过检测数据过零点确定采样数据量的周波数，并据此触发截取数据事件，将数据从缓冲区截取到计算区。
所述采用基频单向量S变换的电压暂降检测方法，其计算序列形成模块(2)根据处理完成标志P组成计算序列h(k)，若P=1，则计算序列h(k)只包括新截取的数据；若P=0，则由新截取的数据续接上次计算序列组成新的计算序列h(k)。
如图2为所述基频单向量S变换模块(3)求解流程，其计算步骤如下：
S1：检测计算序列h(k)的数据长度l，进入步骤S2；
S2：判断l是否等于20个基频周波的数据长度，若相等则进入步骤S4，若不相等则进入步骤S3；
S3：将20个基频周波长度的高斯函数序列g(m)两端补零使其长度为l，进入步骤S4；
S4：对h(k)求FFT频谱序列Ds(m)，进入S5；
S5：将高斯函数序列g(m)中心循环移位到对齐Ds(m)基频频率点，进入步骤S6；
S6：将高斯函数序列g(m)与Ds(m)做数组乘（加窗处理），得序列Dg(m)，进入步骤S7；
S7：对序列Dg(m)求FFT反变换得基频单向量S变换结果，其为复数向量Vc(k)，进入步骤S8；
S8：对Vc(k)求模得模向量Vm(k)，结果送入电压暂降及参数计算模块(4)。
所述的基频单向量S变换模块(3)中高斯序列g(m)表达式为g(m)=exp(-wm 2)，其中w为窗宽调整系数，其取值为0.0037到0.0075之间。
所述采用基频单向量S变换电压暂降检测方法，其电压暂降识别及参数计算模块(4)通过检测模向量Vm(k)的最小值来判断电压暂降的发生，即Vm(k)的最小值小于0.45，则有电压暂降发生，否则未发生电压暂降扰动。
所述电压暂降识别及参数计算模块(4)通过查找模向量Vm(k)的差分向量Vd(k)的有效极大值点来判断电压暂降的结束时刻，所述有效极大值点是差分向量Vd(k)幅值大于0.0005的极大值对应的时间采样点。
如图3为本发明的实施举例说明，其中，图3(a)为电压跌落原始信号，电压暂降幅值由图3(b)所示跌落幅值计算区间的模向量Vm(k)幅值的均值确定，电压暂降的开始时刻由差分向量Vd(k)的有效极小值确定，如图3(c)所示，所述有效极小值是差分向量Vd(k)幅值小于-0.0005的极小值对应的时间采样点。
以上所述的本发明的实施方式，并非成为本发明保护范围的限定，倘若对本发明实施方式进行各种变形或修改，但尚在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用基频单向量S变换电压暂降检测方法，包括数据采集及计数模块(1)、计算序列形成模块(2)、基频单向量S变换模块(3)、电压暂降识别及参数计算模块(4)，所述4个功能模块依次循环联系实现电压暂降的实时检测，其特征在于，数据采集及计数模块(1)根据设定数据采样计数值将暂存于数据缓冲区的数据提取至计算序列形成模块(2)，计算序列形成模块(2)根据算法处理完成标志组成计算序列，基频单向量S变换模块(3)对计算序列做基频单向量S变换并求其模向量，电压暂降识别及参数计算模块(4)根据基频单向量S变换模向量幅值判断是否有暂降发生，若无暂降则以20基频周波为处理周期循环检测是否有暂降发生，若有暂降且不存在暂降结束时刻，以0.5基频周波为处理周期循环检测计数序列直到有暂降结束时刻为止；若有暂降且存在暂降结束时刻，则计算并保存暂降幅值和起止时刻，并保存计算序列数据；所述基频单向量S变换模块(3)的计算步骤如下：
S1：检测计算序列h(k)的数据长度l，进入步骤S2；
S2：判断l是否等于20基频周波的数据长度，若等于则进入步骤S4，若不等于则进入步骤S3；
S3：将20基频周波长度的高斯函数序列g(m)两端补零使其长度为l，进入步骤S4；
S4：对h(k)求FFT的频谱序列Ds(m)，进入S5；
S5：将高斯函数序列g(m)中心循环移位到对齐Ds(m)基频频率点，进入步骤S6；
S6：将高斯函数序列g(m)与Ds(m)做数组乘，即加窗处理，得序列Dg(m)，进入步骤S7；
S7：对序列Dg(m)求FFT反变换得基频单向量S变换结果，其为复数向量Vc(k)，进入步骤S8；
S8：对Vc(k)求模得模向量Vm(k)，结果送入电压暂降识别及参数计算模块(4)。
2.根据权利要求1所述的一种采用基频单向量S变换电压暂降检测方法，其特征在于：所述方法的初始化过程中采样数据量计数器预设值为20个基频周波，初始化过程中处理完成标识P的预设值为1。
3.根据权利要求1所述的一种采用基频单向量S变换电压暂降检测方法，所述高斯函数序列g(m)表达式为g(m)＝exp(-wm2)，其中w为窗宽调整系数，其特征在于，w窗宽调整系数取值为0.0037到0.0075之间。
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