CN108614147B - 电压波动检测方法及其关口表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压波动检测方法，包括对电压信号进行采样并计算半波有效值；确定电压信号的拐点；确定电压信号的有效变动状态；计算电压波动累加值；计算电压波动值。本发明还公开了包括所述电压波动检测方法的关口表。本发明通过简单可靠的方法对电压波动频率和电压波动赋值进行检测，不仅检测精度高，而且检测效果好，方法简单可靠，而且不会占用大量的硬件资源。

Description

电压波动检测方法及其关口表

技术领域

本发明具体涉及一种电压波动检测方法及其制成的关口表。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

同时，随着电能的大量普及和应用，人们对于电能的需求已经从原先的“有电可用”的需求转换为现在的“使用优质电能”的需求。因此，对于电能质量的提高就显得尤为重要。

电压波动是电能质量的重要指标之一。因此，对电压波动进行检测是电力系统的重要任务之一。但是，目前的电压波动检测方法，其检测误差较大，而且占用检测设备的资源较多，严重影响了检测设备的性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种检测精度高、方法简单可靠且占用硬件资源较少的电压波动检测方法。

本发明的目的之二在于提供一种包括了所述电压波动检测方法的关口表。

本发明提供的这种电压波动检测方法，包括如下步骤：

S1.对电压信号进行采样并计算得到电压信号的半波有效值；

S2.根据步骤S1得到的半波有效值，确定电压信号的拐点；

S3.根据步骤S2确定的电压信号拐点，确定电压信号的有效变动状态；

S4.根据步骤S3确定的电压信号的有效变动状态，计算电压波动累加值；

S5.根据步骤S4得到的电压波动累加值，计算得到电压波动值。

步骤S1所述的对电压信号进行采样并计算得到电压信号的半波有效值，具体为采用如下步骤进行采样和计算：

(1)对电压信号进行定频采样，从而获得当前周波的M个采样点，当前周波的时间为T₀，且时间值T修改为T＝T+T₀，T的初始值为0；

(2)对步骤(1)采样的信号插值进行重采样，从而得到N个电压值，N为偶数；

(3)根据上一个周波的后N/2个电压值及当前周波N个电压值，采用如下算式计算得到半波有效值：

式中V_pre为上一个周波的后一个半波的半波有效值，u(n)为重采样后的电压值，

V_cur为当前电压信号的半波有效值。

步骤S2所述的确定电压信号的拐点，具体为采用如下步骤确定拐点：

1)计算当前差值Diff_cur＝V_cur-V_pre，且获取上一个周波的差值为Diff_pre；

2)采用如下规则确定波形状态：

若|Diff_pre|≤FLATGATE，则认定上一个周波为平坦状态，并令prestate＝0；

若|Diff_cur|≤FLATGATE，则认定当前周波为平坦状态，并令curstate＝0；

若Diff_pre＞FLATGATE，则认定上一个周波为正向改变状态，并令prestate＝1；

若Diff_cur＞FLATGATE，则认定当前周波为正向改变状态，并令curstate＝1；

若Diff_pre＜-FLATGATE，则认定上一个周波为负向改变状态，并令prestate＝-1；

若Diff_cur＜-FLATGATE，则认定当前周波为负向改变状态，并令curstate＝-1；

其中FLATGATE为事先设定的波动阈值，prestate为上一个周波的状态变量，curstate为当前周波的状态变量；

3)采用如下规则确定电压信号的拐点：

若prestate≠curstate，则确定存在拐点；

若prestate＝curstate，则确定不存在拐点；

4)得到当前的拐点电压值Vol_cur。

步骤S3所述的确定电压信号的有效变动状态，具体为采用如下步骤确定有效变动状态：

A.计算当前变动差值D_{max cur}＝Vol_cur-Vol_pre，其中Vol_pre为前一次的拐点电压值，并获取前一次的变动差值D_{max pre}；

B.采用如下规则确定变动状态：

若|D_{max pre}|≤FLUCGATE，则认定不存在变动；

若|D_{max cur}|≤FLUCGATE，则认定不存在变动；

若|D_{max pre}|＞FLUCGATE，则认定前一次存在正向变动，并令Chgflg_pre＝1；

若|D_{max cur}|＞FLUCGATE，则认定当前存在正向变动，并令Chgflg_cur＝1；

若|D_{max pre}|＜-FLUCGATE，则认定前一次存在负向变动，并令Chgflg_pre＝-1；

若|D_{max cur}|＜-FLUCGATE，则认定当前存在负向变动，并令Chgflg_cur＝-1；

C.采用如下规则确定变动状态：

若Chgflg_pre≠Chgflg_cur，则认定存在有效变动；

若Chgflg_pre＝Chgflg_cur，则认定不存在有效变动；

D.得到有效变动两端的端点电压V_max和V_min。

步骤S4所述的计算电压波动累加值，具体为采用如下公式计算电压波动累加值：

式中Du_sum为电压波动累加值，U_N为额定电压；且每计算一次电压波动累加值，电压波动频率值Df增加1；电压波动频率值Df和电压波动累加值Du_sum的初始值均为0。

步骤S5所述的计算得到电压波动值，具体为采用如下算式计算电压波动值：

式中du为电压波动值，电压波动频率df＝Df，且当且仅当时间值T大于或等于事先设定的时间阈值T_t。

本发明还提供了一种关口表，所述关口表包括了所述电压波动检测方法。

本发明提供的这种电压波动检测方法及其关口表，通过简单可靠的方法对电压波动频率和电压波动赋值进行检测，不仅检测精度高，而且检测效果好，方法简单可靠，而且不会占用大量的硬件资源。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的拐点示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的方法流程图：本发明提供的这种电压波动检测方法，包括如下步骤：

S1.对电压信号进行采样并计算得到电压信号的半波有效值；具体为采用如下步骤进行采样和计算：

(1)对电压信号进行定频采样，从而获得当前周波的M个采样点，当前周波的时间为T₀，且时间值T修改为T＝T+T₀，T的初始值为0；

(2)对步骤(1)采样的信号插值进行重采样，从而得到N个电压值，N为偶数；

(3)根据上一个周波的后N/2个电压值和当前周波N个电压值，采用如下算式计算得到半波有效值：

式中V_pre为上一个周波的后一个半波的半波有效值，u(n)为重采样后的电压值，

V_cur为当前电压信号的半波有效值；

具体实施时，基波频率f’的电压信号经采样频率fs＝12800Hz转换为一个周波M点的序列u(m)，其中N'＝f_s/f'，

且

为向下取整函数；M点序列u(m)经过一阶牛顿差值得到N＝256的序列电压u(n)；一阶牛顿插值公式满足：

当N'＞N时：

而当N'＜N时：

其中，x(m)为M点序列，经过上式插值后得到N点y(n)序列；

然后通过计算公式可以得到半波有效值；而且根据计算公式可以知道，电压半波有效值是以周波为单位，以半波滑动的电压有效值；

本发明中计算电压半波有效值之前采用一阶牛顿插值的主要目的是：当N'为非整数或为奇数时，电压半波有效值会由于计算方法引起小幅波动，这会严重影响电压波动的检测结果，导致最终结果不准确，所以引入一阶牛顿插值进行重采样，消除这一计算误差；

S2.根据步骤S1得到的半波有效值，确定电压信号的拐点；具体为采用如下步骤确定拐点：

1)计算当前差值Diff_cur＝V_cur-V_pre，且获取上一个周波的差值为Diff_pre；

2)采用如下规则确定波形状态：

若|Diff_pre|≤FLATGATE，则认定上一个周波为平坦状态，并令prestate＝0；

若|Diff_cur|≤FLATGATE，则认定当前周波为平坦状态，并令curstate＝0；

若Diff_pre＞FLATGATE，则认定上一个周波为正向改变状态，并令prestate＝1；

若Diff_cur＞FLATGATE，则认定当前周波为正向改变状态，并令curstate＝1；

若Diff_pre＜-FLATGATE，则认定上一个周波为负向改变状态，并令prestate＝-1；

若Diff_cur＜-FLATGATE，则认定当前周波为负向改变状态，并令curstate＝-1；

其中FLATGATE为事先设定的波动阈值(正值)，prestate为上一个周波的状态变量，curstate为当前周波的状态变量；

3)采用如下规则确定电压信号的拐点：

若prestate≠curstate，则确定存在拐点；

若prestate＝curstate，则确定不存在拐点；

4)得到当前的拐点电压值Vol_cur；

上述逻辑可以采用图2进行进一步表述：上述过程可以采用连续三点的电压半波有效值的点线连接表示：图中三点代表电压半波有效值，直线代表当前状态(平坦状态、负向改变状态、正向改变状态)；这样的简化能有效表示电压半波有效值波动状态，图中菱形表示该点为拐点，该点电压为拐点电压Vol_cur，前一个拐点电压为Vol_pre；图2(a)表明存在拐点，而图2(b)表明不存在拐点；

S3.根据步骤S2确定的电压信号拐点，确定电压信号的有效变动状态；具体为采用如下步骤确定有效变动状态：

A.计算当前变动差值D_{max cur}＝Vol_cur-Vol_pre，其中Vol_pre为前一次的拐点电压值，并获取前一次的变动差值D_{max pre}；

B.采用如下规则确定变动状态：

若|D_{max pre}|≤FLUCGATE，则认定不存在变动；

若|D_{max cur}|≤FLUCGATE，则认定不存在变动；

若|D_{max pre}|＞FLUCGATE，则认定前一次存在正向变动，并令Chgflg_pre＝1；

若|D_{max cur}|＞FLUCGATE，则认定当前存在正向变动，并令Chgflg_cur＝1；

若|D_{max pre}|＜-FLUCGATE，则认定前一次存在负向变动，并令Chgflg_pre＝-1；

若|D_{max cur}|＜-FLUCGATE，则认定当前存在负向变动，并令Chgflg_cur＝-1；

C.采用如下规则确定变动状态：

若Chgflg_pre≠Chgflg_cur，则认定存在有效变动；

若Chgflg_pre＝Chgflg_cur，则认定不存在有效变动；

D.得到有效变动两端的端点电压V_max和V_min；

S4.根据步骤S3确定的电压信号的有效变动状态，计算电压波动累加值；具体为采用如下公式计算电压波动累加值：

式中Du_sum为电压波动累加值，U_N为额定电压；且每计算一次电压波动累加值，电压波动频率值Df增加1；电压波动频率值Df和电压波动累加值Du_sum的初始值均为0；

S5.根据步骤S4得到的电压波动累加值，计算得到电压波动值。具体为采用如下算式计算电压波动值：

式中du为电压波动值，电压波动频率df＝Df，且当且仅当时间值T大于或等于事先设定的时间阈值T_t。

以下通过实验验证发明提供的电能质量电压波动检测方法；

本发明方法应用于墨西哥关口表项目中(电表规格为3×277V，3×2.5(20)A)，20000imp/kWh，60Hz)，该关口表带有部分电能质量检测功能，程序实现于该电表平台TITMS320C6748处理芯片。

测试根据IEC-61000-4-15标准测试电压波动，标准源为Fluke 6100A。测试过程是根据电压波动数学模型进行的，如下式所示：

式中：rec(f_mt)表示频率为f_m的方波信号；并且满足：

U：载波电压有效值，U＝120V；

f：载波电压频率，f＝60Hz；

d_u：电压波动量，则幅值调制比例为

采用百分比表示；

f_m：调制波频率，f_m＜25Hz。

本发明方法测量的电压波动量误差精度如下表1所示，以标准源为准：

表1电压波动量误差精度示意表

本发明方法测量电压波动频率误差精度如下表2所示，以标准源为准：

表2电压波动频率误差精度示意表

通过上述测试结果可知：电压波动幅值含量误差在±3％以内，电压波动频率测量误差为0。因此，本发明方法能够很好的用于电能质量电压波动的测量。

本申请提供的这种电压波动检测方法，可用于其他任何需要进行电压波动检测的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

Claims (5)

1.一种电压波动检测方法，包括如下步骤：

S1.对电压信号进行采样并计算得到电压信号的半波有效值；

S2.根据步骤S1得到的半波有效值，确定电压信号的拐点；具体为采用如下步骤确定拐点：

1)计算当前差值Diff_cur＝V_cur-V_pre，且获取上一个周波的差值为Diff_pre；

2)采用如下规则确定波形状态：

若|Diff_pre|≤FLATGATE，则认定上一个周波为平坦状态，并令prestate＝0；

若|Diff_cur|≤FLATGATE，则认定当前周波为平坦状态，并令curstate＝0；

若Diff_pre＞FLATGATE，则认定上一个周波为正向改变状态，并令prestate＝1；

若Diff_cur＞FLATGATE，则认定当前周波为正向改变状态，并令curstate＝1；

若Diff_pre＜-FLATGATE，则认定上一个周波为负向改变状态，并令prestate＝-1；

若Diff_cur＜-FLATGATE，则认定当前周波为负向改变状态，并令curstate＝-1；

其中FLATGATE为事先设定的波动阈值，prestate为上一个周波的状态变量，curstate为当前周波的状态变量；

3)采用如下规则确定电压信号的拐点：

若prestate≠curstate，则确定存在拐点；

若prestate＝curstate，则确定不存在拐点；

4)得到当前的拐点电压值Vol_cur；

S3.根据步骤S2确定的电压信号拐点，确定电压信号的有效变动状态；具体为采用如下步骤确定有效变动状态：

A.计算当前变动差值D_maxcur＝Vol_cur-Vol_pre，其中Vol_pre为前一次的拐点电压值，并获取前一次的变动差值D_maxpre；

B.采用如下规则确定变动状态：

若|D_maxpre|≤FLUCGATE，则认定不存在变动；

若|D_maxcur|≤FLUCGATE，则认定不存在变动；

若|D_maxpre|＞FLUCGATE，则认定前一次存在正向变动，并令Chgflg_pre＝1；

若|D_maxcur|＞FLUCGATE，则认定当前存在正向变动，并令Chgflg_cur＝1；

若|D_maxpre|＜-FLUCGATE，则认定前一次存在负向变动，并令Chgflg_pre＝-1；

若|D_maxcur|＜-FLUCGATE，则认定当前存在负向变动，并令Chgflg_cur＝-1；

C.采用如下规则确定变动状态：

若Chgflg_pre≠Chgflg_cur，则认定存在有效变动；

若Chgflg_pre＝Chgflg_cur，则认定不存在有效变动；

D.得到有效变动两端的端点电压V_max和V_min；

S4.根据步骤S3确定的电压信号的有效变动状态，计算电压波动累加值；

S5.根据步骤S4得到的电压波动累加值，计算得到电压波动值。

2.根据权利要求1所述的电压波动检测方法，其特征在于步骤S1所述的对电压信号进行采样并计算得到电压信号的半波有效值，具体为采用如下步骤进行采样和计算：

(1)对电压信号进行定频采样，从而获得当前周波的M个采样点，当前周波的时间为T₀，且时间值T修改为T＝T+T₀，T的初始值为0；

(2)对步骤(1)采样的信号插值进行重采样，从而得到N个电压值，N为偶数；

(3)根据上一个周波的后N/2个电压值和当前周波N个电压值，采用如下算式计算得到半波有效值：

式中V_pre为上一个周波的后一个半波的半波有效值，u(n)为重采样后的电压值，

V_cur为当前电压信号的半波有效值。

3.根据权利要求2所述的电压波动检测方法，其特征在于步骤S4所述的计算电压波动累加值，具体为采用如下公式计算电压波动累加值：

式中Du_sum为电压波动累加值，U_N为额定电压；且每计算一次电压波动累加值，电压波动频率值Df增加1；电压波动频率值Df和电压波动累加值Du_sum的初始值均为0。

4.根据权利要求3所述的电压波动检测方法，其特征在于步骤S5所述的计算得到电压波动值，具体为采用如下算式计算电压波动值：

式中du为电压波动值，电压波动频率df＝Df，且当且仅当时间值T大于或等于事先设定的时间阈值T_t。

5.一种关口表，其特征在于包括了权利要求1～4之一所述的电压波动检测方法。

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