CN107085134A - 一种电压闪变的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压闪变的检测方法,具体包括以下步骤：采集电网电压，获得高采样速率电网电压有效值序列XH与低采样速率电网电压有效值序列XL；利用加窗FFT分别计算XH与XL的原始频谱，并利用频谱修正算法对其频率与幅值进行修正，得到修正后的频谱SH'与SL'；利用步骤S2得到的修正后的频谱SH'与SL'，计算短时闪变值与长时闪变值。通过采用双采样速率傅里叶序列分析，利用低采样速率序列的傅里叶分析满足低频闪变信号的检测要求，高采样速率序列的傅里叶分析满足对高频闪变信号分析的要求显著降低电压闪变计算量以及对存储空间的要求。并通过对主导频率与短时闪变值进行插值拟合的方法，提高电压闪变测量精度。

Description

一种电压闪变的检测方法
技术领域
本发明涉及电能质量检测技术领域，尤其涉及一种电压闪变的检测方法。
背景技术
电压闪变主要由稳态供电系统的波动性负荷引起，对电网中用电负荷有很大危害，如造成电机电动机转速不均匀,影响电机寿命和产品质量。精确的测量闪变值是对电力系统的电压闪变进行监测与治理的前提条件。
国际电工委员会(IEC)将电压闪变定义为人眼对电压波动引起白炽灯闪烁的视觉度，并推荐采用平方检测法。然而该方法需要采用带通滤波器以过滤闪变频率范围外信号，其参数难以设计。
相对于平方检测法，基于傅里叶变换的闪变检测方法具有更适合数字实现，测量精度高的优点。基于傅里叶变换的电压闪变检测方法其原理是在频域内对闪变信号进行滤波与加权计算，从而获得较高精度测量值。为进一步提高基于傅里叶变换的闪变测量精度，可采用谱线插值修正算法对频谱进行修正，从而降低非同步采样造成的频谱泄露对傅里叶变换精度的影响。
然而，传统傅里叶变换测量方法，为满足对闪变测量标准规定的频率范围的闪变信号分辨率的要求，需要保存大量采样数据并对其进行傅里叶变换，造成计算量大，难以实现闪变的实时计算。例如，GB/T12326-2008中给出的闪变信号频率范围为0.00633Hz-15Hz，频率跨度范围较大。传统傅里叶变换测量方法为实现对最低频率闪变信号的识别，至少需要对时间长度为157s(1/0.00633Hz)的采样序列进行傅里叶变换，所需计算量大，对存储空间要求高，不易在嵌入式微处理器中实现。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电压闪变的检测方法，用以解决传统检测方法中傅里叶变换序列过长，造成计算量大，难以实现闪变的实时计算等问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
在基于本发明的一个实施例中，提供了一种电压闪变的检测方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、采集电网电压，获得高采样速率电网电压有效值序列XH与低采样速率电网电压有效值序列XL；
步骤S2、利用加窗FFT分别计算XH与XL的原始频谱，并利用频谱修正算法对其频率与幅值进行修正，得到修正后的频谱；
步骤S3、利用步骤S2得到的修正后的频谱，计算短时闪变值与长时闪变值。
在基于本发明的另一个实施例中，步骤S1具体包括：
步骤S11、使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样N点的速率采样得到电网瞬时电压us；
步骤S12、基于us计算每周期电网电压有效值Us，采样长度为LH的Us值序列，并定义为高采样速率电网电压有效值序列XH；
步骤S13、利用抗混叠滤波器f0(x)对步骤S12中Us进行滤波得到Us *，以采样速率1/(nTs)采样Us *并存储，得到长度为LL的低采样速率电网电压有效值序列XL。
在基于本发明的另一个实施例中，步骤S2具体包括：
步骤S21、将序列XH与窗函数W1相乘后所得序列值XH'进行快速傅里叶(FFT)变换，得到频谱SH；
步骤S22、将序列XL与窗函数W2相乘后所得序列值XL'进行快速傅里叶变换，得到频谱SL；
步骤S23、采用谱线插值修正算法分别对步骤S21中频谱SH与步骤S22中频谱SL进行插值修正，得到修正的频谱SH'与SL'。
在基于本发明的另一个实施例中，窗函数W1的长度为LH、W2的长度为LL。
在基于本发明的另一个实施例中，所述谱线插值修正算法为单峰谱线修正算法或双峰谱线修正算法算法。
在基于本发明的另一个实施例中，所述步骤S3具体包括：
步骤S31、分别对修正后的频谱SH'与SL'进行最大频谱幅值搜索，获得各自最大频谱幅值AH与AL以及AH与AL对应的频率fH与fL；
步骤S32、对AL与AH进行判断，获得用于短时闪变值插值修正的主导频率fm，其中，当AH＞AL时，fm＝fH；当AH≤AL时，fm＝fL；
步骤S33、利用基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst；
步骤S34、利用插值函数g(x)获得短时闪变值插值系数mr，从而得到修正后的短时闪变值Pst'＝mr*Pst，其中mr＝g(fm)；
步骤S35、利用基于概率统计算法由Pst'计算得到长时闪变值Plt。
在基于本发明的另一个实施例中，所述插值函数g(x)由当给定电网电压所含闪变信号产生的短时闪变值为1时对应的主导频率fm与基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst通过插值拟合得到。
在基于本发明的另一个实施例中，所述插值拟合的具体方式为三次样条插值或拉格朗日插值。
本发明提供了一种电压闪变的检测方法，通过采用双采样速率傅里叶序列分析，利用低采样速率序列的傅里叶分析满足低频闪变信号的检测要求，高采样速率序列的傅里叶分析满足对高频闪变信号分析的要求显著降低电压闪变计算量以及对存储空间的要求。并通过对主导频率与短时闪变值进行插值拟合的方法，提高电压闪变测量精度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为电压闪变检测方法流程图；
图2为电压闪变检测方法工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
根据本发明的一个具体实施例，公开了一种电压闪变的检测方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集电网电压，获得高采样速率电网电压有效值序列XH与低采样速率电网电压有效值序列XL；
步骤S1具体包括：
步骤S11、使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样N点的速率采样得到电网瞬时电压us。
步骤S12、基于us计算每周期电网电压有效值Us，以采样速率1/Ts采样Us并存储，得到长度为LH的高采样速率电网电压有效值序列XH；其中，Ts为电网基波电压周期；
步骤S13、利用抗混叠滤波器f0(x)对步骤S12中Us进行滤波得到Us *，以采样速率1/(nTs)采样Us *并存储，得到长度为LL的低采样速率电网电压有效值序列XL。
步骤S2、利用加窗FFT分别计算XH与XL的原始频谱，并利用频谱修正算法对其频率与幅值进行修正，得到修正后的频谱；
步骤S2具体包括：
步骤S21、将序列XH与窗函数W1相乘后所得序列值XH'进行快速傅里叶(FFT)变换，得到频谱SH。
步骤S22、将序列XL与窗函数W2相乘后所得序列值XL'进行快速傅里叶变换，得到频谱SL。
其中，W1的长度为LH、W2的长度为LL；窗函数W1、W2用于降低非同步采样造成的频谱泄漏，提高FFT计算精度。
优选地，W1、W2为汉明窗或汉宁窗。
步骤S23、采用谱线插值修正算法分别对S21中频谱SH与S22中频谱SL进行插值修正，得到修正后的频谱SH'与SL'。
其中，谱线插值修正算法用于降低泄露和噪声干扰，进一步提高频谱精确度，使结果逼近于真实值。
具体地，采用单峰谱线修正算法或者双峰谱线修正算法对S21中频谱SH与S22中频谱SL进行插值修正，从而得到得到修正后的频谱SH'与SL'。
步骤S3、利用步骤S2得到的修正后的频谱，计算短时闪变值与长时闪变值；
步骤S3具体包括：
步骤S31、分别对频谱SH'与SL'进行最大频谱幅值搜索，获得各自最大频谱幅值AH与AL以及所对应的频率fH与fL。
步骤S32、对AL与AH进行判断，获得用于短时闪变值插值修正的主导频率fm。其中，
步骤S33、利用基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst。
步骤S34、利用插值函数g(x)获得短时闪变值插值系数mr，从而得到修正后的短时闪变值Pst'＝mr*Pst，其中
mr＝g(fm)
其中，插值函数g(x)由当给定电网电压所含闪变信号产生的短时闪变值为1时对应的主导频率fm与基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst通过三次样条插值拟合得到。
进一步地，插值拟合可采用三次样条插值或拉格朗日插值等插值方法。
步骤S35、利用基于概率统计算法由Pst'计算得到长时闪变值Plt。
在本发明的另一个具体实施例中，以50Hz电网电压闪变检测为例进行检测方法的说明，步骤具体包括：
1)使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样200点的速率采样得到电网瞬时电压us；
2)基于us计算每周期电网电压有效值Us，存储长度为LH＝1024的Us值序列得到高采样速率电网电压有效值序列XH。XH采样速率为1/Ts＝50Hz，Ts等于电网基波电压周期，为0.02s。；
3)利用抗混叠滤波器f0(x)对步骤2)中Us进行滤波得到Us *，以采样速率1/(nTs)采样Us *并存储，得到长度为LL＝512的低采样速率电网电压有效值序列XL。
其中，f0(x)截止频率为1Hz，n＝50；
4)将序列XH与窗函数W1相乘后所得序列值XH'进行快速傅里叶(FFT)变换，得到频谱SH；
其中，W1为长度为LH的汉宁窗。
5)将序列XL与窗函数W2相乘后所得序列值XL'进行快速傅里叶变换，得到频谱SL；
其中，W2为长度为LL的汉宁窗。
6)采用双峰谱线插值修正算法分别对S21中频谱SH与S22中频谱SL进行插值修正，得到修正后的频谱SH'与SL'。
7)分别对修正后的频谱SH'与SL'进行最大频谱幅值搜索，获得各自最大频谱幅值AH与AL以及所对应的频率fH与fL。
8)对AH与AL进行判断，获得用于短时闪变值插值修正的主导频率fm。其中，
9)利用基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst。
10)利用插值函数g(x)获得短时闪变值插值系数mr，从而得到修正后的短时闪变值Pst'＝mr*Pst，其中
mr＝g(fm)
插值函数g(x)由当给定电网电压所含闪变信号产生的短时闪变值为1时对应的主导频率fm与基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst通过三次样条插值拟合得到。
11)利用基于概率统计算法由Pst'计算得到长时闪变值Plt。
为衡量本算法的有效性，如表1所示，在电网电压中分别施加对应短时闪变值为1的不同频率及相应幅值的电压波动信号并利用本发明方法对电压闪变进行测量。可见，当闪变信号频率分别为0.008333Hz、0.016667Hz、0.058333Hz、0.325Hz、0.916Hz、13.5Hz时所检测到的闪变值分别为0.992、1.0189、0.9746、1.0056、1.0357、1.0050，均满足国家电网闪变5％的测量精度要求。在本发明具体实施例中，对50Hz电网进行电压闪变检测时，所需的总傅里叶变换长度为1024+512＝1536，其计算长度显著低于传统基于傅里叶变换的闪变检测方法所需的计算长度。
表1有效性衡量表
可见，使用本发明的电压闪变检测方法，可有效降低电压闪变检测计算复杂度，便于在嵌入式微处理器中实现，获得良好的电压闪变检测精度。
有益效果：本发明通过采用双采样速率傅里叶序列分析，利用低采样速率序列的傅里叶分析满足低频闪变信号的检测要求，高采样速率序列的傅里叶分析满足对高频闪变信号分析的要求显著降低电压闪变计算量以及对存储空间的要求。并通过对主导频率与短时闪变值进行插值拟合的方法，提高电压闪变测量精度。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压闪变的检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1、采集电网电压，获得高采样速率电网电压有效值序列XH与低采样速率电网电压有效值序列XL；
步骤S2、利用加窗FFT分别计算XH与XL的原始频谱，并利用频谱修正算法对其频率与幅值进行修正，得到修正后的频谱SH'与SL'；
步骤S3、利用步骤S2得到的修正后的频谱SH'与SL'，计算短时闪变值与长时闪变值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
步骤S11、使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样N点的速率采样得到电网瞬时电压us；
步骤S12、基于us计算每周期电网电压有效值Us，以采样速率1/Ts采样Us并存储，得到长度为LH的高采样速率电网电压有效值序列XH；其中，Ts为电网基波电压周期；
步骤S13、利用抗混叠滤波器f0(x)对步骤S12中Us进行滤波得到Us *，以采样速率1/(nTs)采样Us *并存储，得到长度为LL的低采样速率电网电压有效值序列XL。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S21、将序列XH与窗函数W1相乘后所得序列值XH'进行快速傅里叶(FFT)变换，得到频谱SH；
步骤S22、将序列XL与窗函数W2相乘后所得序列值XL'进行快速傅里叶变换，得到频谱SL；
步骤S23、采用谱线插值修正算法分别对步骤S21中频谱SH与步骤S22中频谱SL进行插值修正，得到修正后的频谱SH'与SL'。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，窗函数W1的长度为LH、W2的长度为LL。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述谱线插值修正算法为单峰谱线修正算法或双峰谱线修正算法算法。
6.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
步骤S31、分别对修正后的频谱SH'与SL'进行最大频谱幅值搜索，获得各自最大频谱幅值AH与AL以及AH与AL对应的频率fH与fL；
步骤S32、对AL与AH进行判断，获得用于短时闪变值插值修正的主导频率fm，其中，当AH＞AL时，fm＝fH；当AH≤AL时，fm＝fL；
步骤S33、利用基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst；
步骤S34、利用插值函数g(x)获得短时闪变值插值系数mr，从而得到修正后的短时闪变值Pst'＝mr*Pst，其中mr＝g(fm)；
步骤S35、基于概率统计算法由Pst'计算得到长时闪变值Plt。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述插值函数g(x)由当给定电网电压所含闪变信号产生的短时闪变值为1时对应的主导频率fm与基于频谱加权方法计算得到短时闪变值Pst通过插值拟合得到。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述插值拟合的具体方式为三次样条插值或拉格朗日插值。
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