CN108075437B - 一种基于小波变换的电压暂降源识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于小波变换的电压暂降源识别方法，包括1）对三相电压数据进行有效值变换，确定电压等级和采样频率；2）确定暂降起始点、暂降恢复点以及暂降点范围；3）利用暂降点范围内电压数据的分布特点初步判断电压暂降源；4）初步判断无法得出结果的情况下，对三相电压数据进行小波变换，然后利用各相电压暂降起始点以及暂降恢复点的小波变换值，以及小波变换值之间的关系，进一步判断电压暂降源。本发明可以在电压存在暂降情况时可靠的找到暂降源，同时本发明的方法可实现基于三相电压采样数据的完全机器识别，能够大大提高电压暂降源的识别效率，为电力系统检修和运维提供更加可靠高效的数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及电压暂降识别技术领域，特别是一种基于小波变换的电压暂降源识别方法。
背景技术
目前，通常电压暂降源识别方法是：利用电压暂降记录装置采集到的电压波形，利用大数据聚类对暂降数据进行聚类识别，再通过人工贴标签的方式对聚类出的每一类别进行判断。其不足是：聚类特征值选取多为经验判断，没有理论支持的聚类结果，导致针对不同数据来源聚类结果不一致；同时方法需要进行人工判断对每个聚类打标签，不能做到完全机器识别。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于小波变换的电压暂降源识别方法，可提高电压暂降源的识别效率，并可支持机器识别。
本发明采取的技术方案为：一种基于小波变换的电压暂降源识别方法，包括：
S1，采集线路三相电压数据，对采集到的数据进行有效值变换，确定线路电压等级和数据采样频率；
S2，从S1采集到的三相电压数据中获取三相电压的暂降起始点和暂降恢复点，确定包含暂降起始点和暂降恢复点的暂降点范围；
S3，定义暂降点范围内各相线路电压采样值的电压暂升和电压暂降判断依据，进而判断暂降点范围内各相线路为电压暂升或电压暂降；
S4，根据暂降点范围内三相线路电压暂升或电压暂降的判断结果，识别电压暂降源：
若三相线路中至少有一相为电压暂升同时有一相为电压暂降，则电压暂降源为单相短路故障；
若三相线路中有一相为电压暂升同时有两相为电压暂降，则电压暂降源为两相短路故障；
否则转至步骤S5；
S5，设定小波变换值的阈值，对暂降点范围内的电压采样数据进行小波变换，并根据小波变换结果进行以下判断：
判断暂降最低相的暂降恢复点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若否则电压暂降源为非短路故障，转至步骤S6，若是则电压暂降源为短路故障，转至步骤S7；
S6，判断暂降最低相的暂降起始点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若是则电压暂降由变压器投切导致，若否则电压暂降由电动机启动导致；
S7，定义相间小波变换差值的阈值，定义三相电压暂降平衡方程，判断暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路是否大于或等于两相：
若是则判断暂降恢复点处三相线路电压的小波变换值，是否满足三相电压暂降平衡方程，若满足则电压暂降由三相短路故障导致，若不满足则转至步骤S9；
若暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路只有一相，则转至步骤S8；
S8，判断暂降恢复点处小波变换值小于小波变换阈值的两相之间，暂降恢复点的小波变换差值是否大于相间小波变换差值的阈值，若不大于则电压暂降由接地系统的单相故障导致；
S9，判断除暂降最低相外，其余两相暂降恢复点处小波变换值的差值是否不大于相间小波变换差值的阈值，若是则电压暂降由单相短路故障导致，若否则电压暂降由两相短路故障导致。
本发明所述暂降最低相即暂降范围内具有最小电压有效值的一相。
步骤S1包括根据系统电压等级确定电压暂降参考基准值，根据数据采样时间间隔确定采样频率，对三相电压数据进行有效值计算，还包括对三相电压数据的有效值进行标幺化处理。
优选的，步骤S1还包括，基于有效值变换后的三相电压数据，判断是否存在满足国标暂降定义的数据，若不存在则丢弃数据，若存在则转至步骤S2。根据国标GB/T30137-2013《电能质量 电压暂降与短时中断》定义：电力系统中某点工频电压均方根值突然降低至0.1p.u.~0.9p.u.，并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象为电压暂降。本发明获取的初始数据为一段时间内的三相电压数据，满足国标暂降定义的采样点包含了暂降起始点和暂降恢复点，以及两点前后的三相电压数据。本发明利用国标暂降定义进行电压数据的初步筛选，可减少不存在暂降时不必要的计算和判断，提高数据处理效率。
优选的，步骤S2中，以三相电压数据第一次跌落到线路电压等级对应相电压的0.9p.u.时的采样点作为暂降起始点，在暂降起始点后的128个采样点后，开始查找暂降的恢复点。暂降恢复点即相电压恢复至大于0.9p.u.的采样点。在128点后才开始查找恢复点，可以排除很多谐波毛刺的干扰。所选择的暂降起始点即三相中最先进入暂降状态的一相的一对起始点和恢复点，也就是暂降起始点最早的点。
优选的，步骤S2中，以三相线路中最先进入暂降状态的一相电压暂降的起始点和恢复点作为三相电压的暂降起始点和暂降恢复点。
优选的，所述暂降点范围包括暂降起始点前64个采样点，暂降起始点到暂降恢复点之间的采样点，以及暂降恢复点之后的64个采样点。缩小后的暂降点范围更加靠近暂降中心。
优选的，步骤S3中，暂降点范围内各相线路电压采样值的电压暂升和电压暂降判断依据为：对于任意一相，若暂降点范围内有不小于80%的采样点电压在0.9p.u.以下，则判定为电压暂降；若暂降点范围内有不小于20%的采样点电压在1.1p.u.以上，则判定为电压暂升。
优选的，步骤S5中，小波变换采用三次B样条小波，小波变换阈值为4，步骤S7中相间小波变换差值的阈值为1.5。小波变换阈值的物理含义与暂降的类型有关，数学含义与暂降波形的斜率有关。这个值的设定将直接影响最后的分类效果。本发明通过江苏电网3个月近30000条数据的实验证明实际分类效果最优选择为4。
优选的，S7中，所述三相电压暂降平衡方程为：平衡系数*暂降恢复点处小波变换值最大相>=其余两相小波变换值之和，平衡系数的经验取值范围为1.5~2.0，优选的，平衡系数的取值为1.6。
有益效果
本发明首先通过暂降区间内三相电压暂降和暂升电压值的分布情况，初步判断电压暂降源，然后对于无法通过电压值分布情况判断的情况，利用小波变换对三相电压采样数据进行三次B样条小波变换处理，再根据各相在暂降恢复点以及暂降起始点处的小波变换值，进一步判断电压暂降源。即利用本发明可以在电压存在暂降情况时可靠的找到暂降源，同时本发明的方法可实现基于三相电压采样数据的完全机器识别，能够大大提高电压暂降源的识别效率，为电力系统检修和运维提供更加可靠高效的数据基础。
附图说明
图1所示为本发明方法的一种具体实施例流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
参考图1，本发明基于小波变换的电压暂降源识别方法，包括：
S1，采集线路三相电压数据，对采集到的数据进行有效值变换，确定线路电压等级和数据采样频率；
S2，从S1采集到的三相电压数据中获取三相电压的暂降起始点和暂降恢复点，确定包含暂降起始点和暂降恢复点的暂降点范围；
S3，定义暂降点范围内各相线路电压采样值的电压暂升和电压暂降判断依据，进而判断暂降点范围内各相线路为电压暂升或电压暂降；
S4，根据暂降点范围内三相线路电压暂升或电压暂降的判断结果，识别电压暂降源：
若三相线路中至少有一相为电压暂升同时有一相为电压暂降，则电压暂降源为单相短路故障；
若三相线路中有一相为电压暂升同时有两相为电压暂降，则电压暂降源为两相短路故障；
否则转至步骤S5；
S5，设定小波变换值的阈值，对暂降点范围内的电压采样数据进行小波变换，并根据小波变换结果进行以下判断：
判断暂降最低相的暂降恢复点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若否则电压暂降源为非短路故障，转至步骤S6，若是则电压暂降源为短路故障，转至步骤S7；
S6，判断暂降最低相的暂降起始点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若是则电压暂降由变压器投切导致，若否则电压暂降由电动机启动导致；
S7，定义相间小波变换差值的阈值，定义三相电压暂降平衡方程，判断暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路是否大于或等于两相：
若是则判断暂降恢复点处三相线路电压的小波变换值，是否满足三相电压暂降平衡方程，若满足则电压暂降由三相短路故障导致，若不满足则转至步骤S9；
若暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路只有一相，则转至步骤S8；
S8，判断暂降恢复点处小波变换值小于小波变换阈值的两相之间，暂降恢复点的小波变换差值是否大于相间小波变换差值的阈值，若不大于则电压暂降由接地系统的单相故障导致；
S9，判断除暂降最低相外，其余两相暂降恢复点处小波变换值的差值是否不大于相间小波变换差值的阈值，若是则电压暂降由单相短路故障导致，若否则电压暂降由两相短路故障导致。
本发明所述暂降最低相即暂降范围内具有最小电压有效值的一相。
实施例1
图1所示的实施例中，步骤S1还包括，基于有效值变换后的三相电压数据，判断是否存在满足国标暂降定义的数据，若不存在则丢弃数据，若存在则转至步骤S2。根据国标GB/T30137-2013《电能质量 电压暂降与短时中断》定义：电力系统中某点工频电压均方根值突然降低至0.1p.u.~0.9p.u.，并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象为电压暂降。本发明获取的初始数据为一段时间内的三相电压数据，满足国标暂降定义的采样点包含了暂降起始点和暂降恢复点，以及两点前后的三相电压数据。本发明利用国标暂降定义进行电压数据的初步筛选，可减少不存在暂降时不必要的计算和判断，提高数据处理效率。
步骤S1包括根据系统电压等级确定电压暂降参考基准值，根据数据采样时间间隔确定采样频率，对三相电压数据进行有效值计算，还包括对三相电压数据的有效值进行标幺化处理。
步骤S2中，以三相电压数据第一次跌落到线路电压等级对应相电压的0.9p.u.时的采样点作为暂降起始点，在暂降起始点后的128个采样点后，开始查找暂降的恢复点。暂降恢复点即相电压恢复至大于0.9p.u.的采样点。在128点后才开始查找恢复点，可以排除很多谐波毛刺的干扰。所选择的暂降起始点即三相中最先进入暂降状态的一相的一对起始点和恢复点，也就是暂降起始点最早的点。
步骤S2中，以三相线路中最先进入暂降状态的一相电压暂降的起始点和恢复点作为三相电压的暂降起始点和暂降恢复点。
步骤S2确定的暂降点范围包括暂降起始点前64个采样点，暂降起始点到暂降恢复点之间的采样点，以及暂降恢复点之后的64个采样点。缩小后的暂降点范围更加靠近暂降中心。
步骤S3中，暂降点范围内各相线路电压采样值的电压暂升和电压暂降判断依据为：对于任意一相，若暂降点范围内有不小于80%的采样点电压在0.9p.u.以下，则判定为电压暂降；若暂降点范围内有不小于20%的采样点电压在1.1p.u.以上，则判定为电压暂升。
步骤S5中，小波变换采用三次B样条小波，小波变换阈值为4，步骤S7中相间小波变换差值的阈值为1.5。小波变换阈值的物理含义与暂降的类型有关，数学含义与暂降波形的斜率有关。这个值的设定将直接影响最后的分类效果。本发明通过江苏电网3个月近30000条数据的实验证明实际分类效果最优选择为4。
S7中，所述三相电压暂降平衡方程为：平衡系数*暂降恢复点处小波变换值最大相>=其余两相小波变换值之和，平衡系数的经验取值范围为1.5~2.0，优选的，平衡系数的取值为1.6。
具体的，本发明基于小波变换的电压暂降源识别方法步骤如下：
S1，对电压暂降终端采集到的三相电压数据进行有效值变换，确定电压等级和采样频率，并筛选出满足国标暂降定义的数据；
S2，确定三相电压数据暂降的起始点和结束点都存在后，缩减进入小波变换的数据范围：本实施例首先查找电压数据中第一个标幺值小于0.9的采样点，然后从该采样点后的128个采样点后开始查找暂降的恢复点，如此可以排除很多谐波毛刺的干扰。分别对三相电压数据寻找暂降的起始点和恢复点，当暂降起始点和恢复点全都存在，则选择在三相中最先进入暂降状态的那一相线路的一对暂降起始点和恢复点，作为用于确定暂降点范围的暂降起始点和暂降恢复点。在确定暂降起始点和暂降恢复点后，取暂降起始点前的64个采样点，和暂降恢复点后的64个点，与暂降起始点和暂降恢复点之间的点，共同组成暂降点范围，可使得暂降点范围更靠近暂降中心。
S3，定义各相线路暂降和暂升的判断条件：对于任意一相，若暂降点范围内有80%以上的点在0.9 p.u.以下就认为是暂降，若暂降点范围内有20%以上的点在1.1 p.u.以上就认为是暂升；
S4，根据三相暂升或暂降的情况判断暂降源：至少一相暂升并且有一相暂降的情况识别为单相短路故障导致电压暂降，一相暂升并且有两相暂降的情况识别为两相短路故障导致的电压暂降；
S5，对于S3所述两种情况外的其它情况，则对暂降点范围内的电压数据利用三次B样条小波进行小波变换，并设定小波变换阈值为4；
对三相线路的电压值计算暂降恢复点处的小波变换，然后判断暂降最低相的暂降恢复点处小波变换值是否大于阈值4，大于4的情况被视为短路故障，否则为非短路故障；
S6，非短路故障的情况下，判断暂降最低相在暂降起始点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若是则电压暂降由变压器投切导致，否则电压暂降由电动机启动导致；
S7，短路故障情况下，判断三相线路中暂降恢复点处的小波变换值大于小波变换阈值的一共有几相（用于方便对故障相数进行判断），若存在两相或以上的小波变换值大于小波变换阈值（即故障阈值），则可以进入三相故障、两相故障的判断，即判断暂降恢复点处三相线路电压的小波变换值，是否满足三相电压暂降平衡方程，若满足则电压暂降由三相短路故障导致，若不满足则转至步骤S9；三相电压暂降平衡方程为：1.6*暂降恢复点处小波变换值最大相>=其余两相小波变换值之和；
若暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路只有一相，则转至步骤S8；
S8，判断暂降恢复点处小波变换值小于小波变换阈值的两相之间，暂降恢复点的小波变换差值是否大于相间小波变换差值的阈值1.5，若不大于则电压暂降由接地系统的单相故障导致；
S9，判断除暂降最低相外，其余两相暂降恢复点处小波变换值的差值是否不大于相间小波变换差值的阈值，若是则电压暂降由单相短路故障导致，若否则电压暂降由两相短路故障导致。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
Claims (10)
1.一种基于小波变换的电压暂降源识别方法，其特征是，包括：
S1，采集线路三相电压数据，对采集到的数据进行有效值变换，确定线路电压等级和数据采样频率；
S2，从S1采集到的三相电压数据中获取三相电压的暂降起始点和暂降恢复点，确定包含暂降起始点和暂降恢复点的暂降点范围；
S3，定义暂降点范围内各相线路电压采样值的电压暂升和电压暂降判断依据，进而判断暂降点范围内各相线路为电压暂升或电压暂降；
S4，根据暂降点范围内三相线路电压暂升或电压暂降的判断结果，识别电压暂降源：
若三相线路中至少有一相为电压暂升同时有一相为电压暂降，则电压暂降源为单相短路故障；
若三相线路中有一相为电压暂升同时有两相为电压暂降，则电压暂降源为两相短路故障；
否则转至步骤S5；
S5，设定小波变换值的阈值，对暂降点范围内的电压采样数据进行小波变换，并根据小波变换结果进行以下判断：
判断暂降最低相的暂降恢复点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若否则电压暂降源为非短路故障，转至步骤S6，若是则电压暂降源为短路故障，转至步骤S7；
S6，判断暂降最低相的暂降起始点处的小波变换值是否大于小波变换阈值，若是则电压暂降由变压器投切导致，若否则电压暂降由电动机启动导致；
S7，定义相间小波变换差值的阈值，定义三相电压暂降平衡方程，判断暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路是否大于或等于两相：
若是则判断暂降恢复点处三相线路电压的小波变换值，是否满足三相电压暂降平衡方程，若满足则电压暂降由三相短路故障导致，若不满足则转至步骤S9；
若暂降恢复点处小波变换值大于小波变换阈值的线路只有一相，则转至步骤S8；
所述三相电压暂降平衡方程为：平衡系数*暂降恢复点处小波变换值最大相>=其余两相小波变换值之和；
S8，判断暂降恢复点处，小波变换值小于小波变换阈值的两相线路之间，暂降恢复点的小波变换值的差值是否大于相间小波变换差值的阈值，若不大于则电压暂降由接地系统的单相故障导致；
S9，判断除暂降最低相外，其余两相暂降恢复点处小波变换值的差值是否不大于相间小波变换差值的阈值，若是则电压暂降由单相短路故障导致，若否则电压暂降由两相短路故障导致。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S1还包括对三相电压数据的有效值进行标幺化处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S1还包括，基于有效值变换后的三相电压数据，判断是否存在满足国标暂降定义的数据，若不存在则丢弃数据，若存在则转至步骤S2。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S2中，以三相电压数据第一次跌落到线路电压等级对应相电压的0.9p.u.时的采样点作为暂降起始点，在暂降起始点后的128个采样点后，开始查找暂降的恢复点。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S2中，以三相线路中最先进入暂降状态的一相电压暂降的起始点和恢复点作为三相电压的暂降起始点和暂降恢复点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述暂降点范围包括暂降起始点前64个采样点，暂降起始点到暂降恢复点之间的采样点，以及暂降恢复点之后的64个采样点。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S3中，暂降点范围内各相线路电压采样值的电压暂升和电压暂降判断依据为：对于任意一相，若暂降点范围内有不小于80%的采样点电压在0.9p.u.以下，则判定为电压暂降；若暂降点范围内有不小于20%的采样点电压在1.1p.u.以上，则判定为电压暂升。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S5中，小波变换采用三次B样条小波，小波变换阈值为4，相间小波变换差值的阈值为1.5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，S7中，所述平衡系数的取值范围为1.5~2.0。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，平衡系数的取值为1.6。
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