CN106526280A - 一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测和分离方法，所述铁路电力负荷冲击暂态过程包括：暂态开始检测和暂态结束检测，所述暂态开始检测的方法为：当一个周期的电流强度对比上一周期电流强度发生突变，即发生了暂态过程；所述暂态结束检测的方法为：当所述暂态过程开始后，连续几个周期的电流强度不再发生变化，所述电流强度形成下一个稳态时，即暂态过程结束；所述铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括：将所述的铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形的各个周期，分别减去与暂态过程相邻的最近一个稳态周期的稳态电流波形，以排除背景波形的干扰，相减后的差值，即为纯粹的暂态波形。

Description

一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法

技术领域

本发明涉及铁路电力系统的技术领域，特别是涉及铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法。

背景技术

铁路电力系统的冲击暂态是系统从一个稳态到另一个稳态的过渡过程。引发暂态过程的原因很多，主要有移动负荷经过、故障、负荷投切、运行状态发生改变等。暂态过程的检测是指当系统发生暂态过程时，能够检测到暂态过程的发生，并记录暂态波形；暂态过程的分离是指去除检测到的暂态过程波形中的背景波形，使同一类暂态过程具有相似的表征。

目前常用的暂态过程检测方法有边缘检测和滑动窗检测，尚没有通用的暂态过程分离算法，。

现有暂态过程检测方法对奇异点的抗干扰能力弱，容易将波形的奇异点和尖峰毛刺等误判为暂态过程。

目前尚没有通用的暂态过程分离算法，这是因为现有技术大都是侵入式的，即针对每个负荷单独监测，不存在背景波形问题，但侵入式方法硬件成本和数据处理难度都较高。

非侵入式的暂态检测与识别方法，即只在总端安装一个传感器就能检测并识别系统发生的暂态过程。非侵入式方法测量的系统的总波形，在系统内某一个负荷发生暂态过程时会存在背景波形，只有去除背景波形，一类暂态过程才能具有稳定的统计学特征。

因此希望有一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法可以克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法来克服现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法，所述铁路电力负荷冲击暂态过程包括：暂态开始检测和暂态结束检测，所述暂态开始检测的方法为：当一个周期的电流强度对比上一周期电流强度发生突变，即发生了暂态过程；所述暂态结束检测的方法为：当所述暂态过程开始后，连续几个周期的电流强度不再发生变化，所述电流强度形成下一个稳态时，即暂态过程结束

一个周期内的电流强度为其有效值，即：

上式中，N为一个周期内的采样点数，i(n)为每个采样点的电流值。

采用有效值是为了避免算法将奇异点误判为暂态过程，因为奇异点处的幅值虽然变化大，但时间极短，往往只有一两个数据点，并不会对整个周期的电流有效值产生显著影响。则相邻两个周期的电流强度变化量为：

ΔI_{int ensity}＝I_{int ensity}(j+1)-I_{int ensity}(j) (2)

上式中，j是指测量的第j个周期。因此可设暂态过程开始的判定条件为：

ΔI_{int ensity}>d (3)

上式中d为暂态开始判定阈值，其具体数值决定了暂态开始判定算法的敏感程度。在检测到暂态过程开始后，便触发暂态过程结束判定算法，仍用电流强度ΔI_{int ensity}作为判定参量，则暂态过程结束的判定条件表示为：

ΔI_{int ensity}<g&T≥l (4)

上式中，g为暂态结束判定阈值，T表示ΔI_{int ensity}<g连续成立的周期数，l为T的阈值，上式的意义为，当电流强度变化量ΔI_{int ensity}连续l个周期小于g时，判定暂态过程结束。

一种使用上述所述的铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法的铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法，所述铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括：将所述的铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形的各个周期，分别减去与暂态过程相邻的最近一个稳态周期的稳态电流波形，以排除背景波形的干扰，相减后的差值，即为纯粹的暂态波形。

优选地，所述暂态过程包括：广义负荷投入和广义负荷切除，所述广义负荷投入表示暂态发生后电流有效值大于或等于暂态发生前电流有效值的暂态过程；所述广义负荷切除表示暂态发生后电流有效值小于暂态发生前电流有效值的暂态过程。

优选地，所述广义负荷投入减去的波形为暂态过程发生前最后一个稳态电流周期的波形；所述广义负荷切除减去的波形为暂态过程发生后第一个稳态电流周期的波形。

所述铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括以下步骤：

(1)导入铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形；

(2)计算暂态发生前和暂态发生后的电流强度，如果暂态发生前的电流强度小于或者等于暂态发生后电流强度，则进入步骤(3)；如果暂态发生前的电流强度大于暂态发生后电流强度，则进入步骤(4)；

(3)将步骤(1)中所述暂态波形按周期分别减去暂态发生前最后一个稳态电流周期的波形；

(4)将步骤(1)中所述暂态波形按周期分别减去暂态发生后第一个稳态电流周期的波形；

(5)输出分离后的暂态波形。

本发明提出一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法，通过所述铁路电力负荷冲击暂态过程的检测与分离方法能够精确地检测系统发生的暂态过程，且不受奇异电和尖峰毛刺的影响去除暂态过程检测方法记录的暂态波形中的背景波形，得到暂态过程中单纯的暂态波形。

附图说明

图1是铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法的流程图。

图2是广义负荷投入和广义负荷切除的暂态过程实测波形。

图3是铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法流程图。

图4是实测使用铁路电力负荷冲击暂态过程分离方法的分离结果对比。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明一宽泛实施例中：铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法包括：暂态开始检测和暂态结束检测，所述暂态开始检测的方法为：当一个周期的电流强度对比上一周期电流强度发生突变，即发生了暂态过程；所述暂态结束检测的方法为：当所述暂态过程开始后，连续几个周期的电流强度不再发生变化，所述电流强度形成下一个稳态时，即暂态过程结束。

使用上述铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法的铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括：将所述的铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形的各个周期，分别减去与暂态过程相邻的最近一个稳态周期的稳态电流波形，以排除背景波形的干扰，相减后的差值，即为纯粹的暂态波形。

铁路电力系统的暂态过程是连接两个稳态过程的过渡，因此暂态检测要分为暂态开始检测和暂态结束检测。当暂态过程发生后，最明显的变化量就是电流强度，因此暂态开始检测算法的设计思路为：当一个周期的电流强度对比上一周期发生突变，便可认为发生了暂态过程；暂态结束检测算法的设计思路为：当暂态过程开始后，连续几个周期的电流强度不再发生变化，便可认为下一个稳态形成，即暂态过程结束。本文定义一个周期内的电流强度为其有效值，即：

上式中，N为一个周期内的采样点数，i(n)为每个采样点的电流值。

采用有效值是为了避免算法将奇异点误判为暂态过程，因为奇异点处的幅值虽然变化大，但时间极短，往往只有一两个数据点，并不会对整个周期的电流有效值产生显著影响。则相邻两个周期的电流强度变化量为：

ΔI_{int ensity}＝I_{int ensity}(j+1)-I_{int ensity}(j) (2)

上式中，j是指测量的第j个周期。因此可设暂态过程开始的判定条件为：

ΔI_{int ensity}>d (3)

上式中d为暂态开始判定阈值，其具体数值决定了暂态开始判定算法的敏感程度。在检测到暂态过程开始后，便触发暂态过程结束判定算法，仍用电流强度ΔI_{int ensity}作为判定参量，则暂态过程结束的判定条件表示为：

ΔI_{int ensity}<g&T≥l (4)

上式中，g为暂态结束判定阈值，T表示ΔI_{int ensity}<g连续成立的周期数，l为T的阈值，上式的意义为，当电流强度变化量ΔI_{int ensity}连续l个周期小于g时，判定暂态过程结束。

如图1所示，所述铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法包括以下步骤：

(1)电流波形按照一定频率采样，并在缓冲区记录最近5秒的波形；

(2)实时计算电流强度I_{int ensity}和强度变化量ΔI_{int ensity}；

(3)若ΔI_{int ensity}>d，则判定暂态过程开始，开始单独记录暂态波形，并触发暂态结束判定算法，否则返回步骤(2)；

(4)暂态结束判定算法触发，并计算电流强度I_{int ensity}和强度变化量ΔI_{int ensity}；

(5)若ΔI_{int ensity}<g&T≥l，则判定暂态过程结束，并停止暂态波形的记录，否则返回步骤(4)；

(6)输出记录的暂态波形。

暂态过程的分离，是指去除上一步检测算法输出的暂态波形中的背景波形。因为系统总端测量的是所有负荷的总电流波形，在某个负荷发生暂态过程时，系统内可能有其他的负荷正在工作，如果不排除这些负荷的稳态电流波形，便会严重干扰暂态波形的特征提取。

暂态过程分为广义负荷投入和广义负荷切除两种，其中广义负荷投入泛指一切暂态发生后电流有效值大于或等于暂态发生前电流有效值的暂态过程，广义负荷切除泛指一切暂态发生后电流有效值小于暂态发生前电流有效值的暂态过程，两种过程的实测图如图2所示。

暂态过程分离的思路为，将检测算法输出的暂态电流波形的各个周期，分别减去与暂态过程相邻的最近一个稳态周期的稳态电流波形，这样可以排除背景波形的干扰，相减后的差值，即为纯粹的暂态波形。其中广义负荷投入减去的波形为暂态过程发生前最后一个稳态电流周期的波形，广义负荷切除减去的是暂态过程发生后第一个稳态电流周期的波形。

如图3所示，所述铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括以下步骤：

(1)导入铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形；

(2)计算暂态发生前和暂态发生后的电流强度，如果暂态发生前的电流强度小于或者等于暂态发生后电流强度，则进入步骤(3)；如果暂态发生前的电流强度大于暂态发生后电流强度，则进入步骤(4)；

(3)将步骤(1)中所述暂态波形按周期分别减去暂态发生前最后一个稳态电流周期的波形；

(4)将步骤(1)中所述暂态波形按周期分别减去暂态发生后第一个稳态电流周期的波形；

(5)输出分离后的暂态波形。

如图4所示，两个在不同背景波形下测量的暂态过程在检测分离后，其表征是一致的，因此本专利提出的算法有效的检测到了暂态过程的发生，并分离出了相应的暂态过程。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法，其特征在于，所述铁路电力负荷冲击暂态过程包括：暂态开始检测和暂态结束检测，所述暂态开始检测的方法为：当一个周期的电流强度对比上一周期电流强度发生突变，即发生了暂态过程；所述暂态结束检测的方法为：当所述暂态过程开始后，连续几个周期的电流强度不再发生变化，所述电流强度形成下一个稳态时，即暂态过程结束。

2.如权利要求1所述的铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法，其特征在于：一个周期内的电流强度为其有效值，即：

上式中，N为一个周期内的采样点数，i(n)为每个采样点的电流值。

采用有效值是为了避免算法将奇异点误判为暂态过程，因为奇异点处的幅值虽然变化大，但时间极短，往往只有一两个数据点，并不会对整个周期的电流有效值产生显著影响。则相邻两个周期的电流强度变化量为：

ΔI_intensity＝I_intensity(j+1)-I_intensity(j) (2)

上式中，j是指测量的第j个周期。因此可设暂态过程开始的判定条件为：

ΔI_intensity>d (3)

上式中d为暂态开始判定阈值，其具体数值决定了暂态开始判定算法的敏感程度。在检测到暂态过程开始后，便触发暂态过程结束判定算法，仍用电流强度ΔI_intensity作为判定参量，则暂态过程结束的判定条件表示为：

ΔI_intensity<g&T≥l (4)

上式中，g为暂态结束判定阈值，T表示ΔI_intensity<g连续成立的周期数，l为T的阈值，上式的意义为，当电流强度变化量ΔI_intensity连续l个周期小于g时，判定暂态过程结束。

3.如权利要求2所述的铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法，其特征在于：所述铁路电力负荷冲击暂态过程的检测方法包括以下步骤：

(1)电流波形按照一定频率采样，并在缓冲区记录最近5秒的波形；

(2)实时计算电流强度I_intensity和强度变化量ΔI_intensity；

(3)若ΔI_intensity>d，则判定暂态过程开始，开始单独记录暂态波形，并触发暂态结束判定算法，否则返回步骤(2)；

(4)暂态结束判定算法触发，并计算电流强度I_intensity和强度变化量ΔI_intensity；

(5)若ΔI_intensity<g&T≥l，则判定暂态过程结束，并停止暂态波形的记录，否则返回步骤(4)；

(6)输出记录的暂态波形。

4.一种使用上述权利要求3所述的铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法的铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法，其特征在于，所述铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括：将所述的铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形的各个周期，分别减去与暂态过程相邻的最近一个稳态周期的稳态电流波形，以排除背景波形的干扰，相减后的差值，即为纯粹的暂态波形。

5.如权利要求4所述的铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法，其特征在于：所述暂态过程包括：广义负荷投入和广义负荷切除，所述广义负荷投入表示暂态发生后电流有效值大于或等于暂态发生前电流有效值的暂态过程；所述广义负荷切除表示暂态发生后电流有效值小于暂态发生前电流有效值的暂态过程。

6.如权利要求5所述的铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法，其特征在于：所述广义负荷投入减去的波形为暂态过程发生前最后一个稳态电流周期的波形；所述广义负荷切除减去的波形为暂态过程发生后第一个稳态电流周期的波形。

7.如权利要求6所述的铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法，其特征在于：所述铁路电力负荷冲击暂态过程的分离方法包括以下步骤：

(1)导入铁路电力负荷冲击暂态过程检测方法输出的暂态波形；

(2)计算暂态发生前和暂态发生后的电流强度，如果暂态发生前的电流强度小于或者等于暂态发生后电流强度，则进入步骤(3)；如果暂态发生前的电流强度大于暂态发生后电流强度，则进入步骤(4)；

(3)将步骤(1)中所述暂态波形按周期分别减去暂态发生前最后一个稳态电流周期的波形；

(4)将步骤(1)中所述暂态波形按周期分别减去暂态发生后第一个稳态电流周期的波形；

(5)输出分离后的暂态波形。