CN109085530B - 一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法，利用动态负荷电流幅值向量，得到动态负荷电流幅值的二元游程序列，通过对二元游程序列的处理，并利用动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数和自相关函数，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度值和自相关函数值，工作人员可利用概率密度值和自相关函数值对动态负荷电流进行随机特性分析，进而提高电能表误差测试的准确性。

Description

一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法

技术领域

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法。

背景技术

近年来，随着工业技术的发展和智能电网的不断提升，高电压、特大功率的冲击负荷设备，如电弧炉、电气化铁路等已广泛接入电网，这类设备在运行过程中频繁开启与关断，呈现出负荷功率短时冲击性、以及负荷电流快速随机波动的复杂特性，引起电能表出现较大动态误差，导致电能计量不准确。

因此，分析这类动态负荷的随机特性是确定模型结构和参数、建立电能表动态误差测试信号模型的基础。从而，研究特大功率动态负荷的随机变化特性，分析动态负荷的主要特征对电能表误差的影响，对提高系统运行经济性方面，提升智能电网中电能准确计量水平意义十分重大。

但是，现有的研究基本都是采用长时间间隔负荷信号测量数据的分析与建模方法，在大时间尺度上分析得到动态负荷特性和模型，需要对负荷信号长时间的测量和分析，目前缺少对动态负荷小时间尺度上随机特性的分析，以及相应的动态负荷信号随机特性研究，不能满足分析动态负荷的主要特征对电能表动态误差影响的要求。

发明内容

本申请提供了一种基于游程特性的动态负载信号分析方法，以解决目前缺少对动态负荷小时间尺度上随机特性的分析，以及相应的动态负荷信号随机特性研究，不能满足分析动态负荷的主要特征对电能表动态误差影响的要求的问题。

本申请提供了一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法，所述方法包括：

创建动态负荷电流幅值向量A＝{α(0),α(1),…,α(n)}，其中，α(n)为第n个工频周期的动态电流幅值，n＝0,1,2,…,N-1；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数；

对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得所述动态负荷电流幅值的二元游程序列；

对所述二元游程序列进行进行处理，得到正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量，τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数；

根据所述正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量，利用如下公式，得到游程长度为τ的游程的总数量，

G(τ)＝G_-1(τ)+G₁(τ)，其中，G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量，τ为大于或等于1的正整数；

利用所述游程长度为τ的游程的总数量，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值和方差；

根据所述期望值和方差，利用所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数和自相关函数，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度值和自相关函数值。

进一步地，所述根据预设的条件，对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得所述动态负荷电流幅值的二元游程序列包括：

利用下面的二值化条件，对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得所述动态负荷电流幅值的二元游程序列，

其中，α(n)为第n个工频周期的动态电流幅值，n＝0,1,2,…,N-1；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数；X(n)动态负荷电流幅值的游程阈值，其取决于所述动态负荷电流基波的上下包络线的平均值。

进一步地，所述对所述二元游程序列进行进行处理，得到正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量包括：

在所述二元游程序列中，将连续τ个α(n)值为1的动态电流幅值所构成的游程序列确定为正游程G₁(τ)，τ为大于或等于1的正整数，即游程长度；

将连续将连续τ个α(n)值为-1的动态电流幅值所构成的游程序列确定为负游程G_-1(τ)，τ为大于或等于1的正整数，即游程长度；

统计所述正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量。

进一步地，所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数为

其中，P(τ)为动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量；τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数，N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数；。

进一步地，所述动态负荷电流幅值游程长度的自相关函数为

其中，σ²为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值方差，E和

为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值，η为游程时延；τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法，利用动态负荷电流幅值向量，得到动态负荷电流幅值的二元游程序列，通过对二元游程序列的处理，并利用动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数和自相关函数，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度值和自相关函数值，工作人员可利用概率密度值和自相关函数值对动态负荷电流进行随机特性分析，进而提高电能表误差测试的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供了一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，本申请提供了一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法，包括如下步骤：

步骤11：创建动态负荷电流幅值向量A＝{α(0),α(1),…,α(n)}，其中，α(n)为第n个工频周期的动态电流幅值，n＝0,1,2,…,N-1。

步骤12：对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得所述动态负荷电流幅值的二元游程序列。

具体地，利用下面的二值化条件，对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得所述动态负荷电流幅值的二元游程序列，

其中，α(n)为第n个工频周期的动态电流幅值，n＝0,1,2,…,N-1；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数；X(n)动态负荷电流幅值的游程阈值，其取决于所述动态负荷电流基波的上下包络线的平均值。

X(n)是一个由动态负荷信号电流幅度决定的函数，随着电流包络的波动而不断变化。

步骤13：对所述二元游程序列进行进行处理，得到正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量，τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数。

具体地，在所述二元游程序列中，将连续τ个α(n)值为1的动态电流幅值所构成的游程序列确定为正游程G₁(τ)，τ为大于或等于1的正整数，即游程长度；将连续将连续τ个α(n)值为-1的动态电流幅值所构成的游程序列确定为负游程G_-1(τ)，τ为大于或等于1的正整数，即游程长度；统计所述正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量。

步骤14：根据所述正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量，利用如下公式，得到游程长度为τ的游程的总数量；

G(τ)＝G_-1(τ)+G₁(τ)，其中，G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量，τ为大于或等于1的正整数。

步骤15：利用所述游程长度为τ的游程的总数量，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值和方差。

具体地，动态负荷电流幅值游程长度的期望计算公式如下：

其中，E(τ)或

为动态负荷电流幅值游程长度的期望值；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量，τ为大于或等于1的正整数；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数。

动态负荷电流幅值游程长度的期望值是游程长度落在某点或某个区间的概率所构成的曲线，反映动态负荷信号电流幅值游程长度的集中趋势数。

动态负荷电流幅值游程长度的方差计算公式如下：

其中，σ²为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值方差，

为动态负荷电流幅值游程长度的期望值；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量，τ为大于或等于1的正整数；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数。

动态负荷电流幅值游程长度的期望值方差越大，表明电流动态项幅度游程长度的波动范围越大，动态负荷越不稳定。

步骤16：根据所述期望值和方差，利用所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数和自相关函数，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度值和自相关函数值。

进一步地，所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数为

其中，P(τ)为动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量；τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数，N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数。

动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数用来描述电流动态项幅度游程长度在某个确定取值点附近的概率。

进一步地，所述动态负荷电流幅值游程长度的自相关函数为

其中，σ²为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值方差，E和

为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值，η为游程时延，即游程长度的推移数；τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量。

自相关函数表示动态负荷电流幅度的游程长度随机起伏变化的快慢。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法，利用动态负荷电流幅值向量，得到动态负荷电流幅值的二元游程序列，通过对二元游程序列的处理，并利用动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数和自相关函数，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度值和自相关函数值，工作人员可利用概率密度值和自相关函数值对动态负荷电流进行随机特性分析，进而提高电能表误差测试的准确性。

Claims (5)

1.一种基于游程特性的动态负荷信号分析方法，其特征在于，所述方法包括：

创建动态负荷电流幅值向量A＝{α(0)，α(1)，…，α(n)}，其中，α(n)为第n个工频周期的动态负荷电流幅值，n＝0,1,2,…,N-1；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数；

对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得到所述动态负荷电流幅值向量的二元游程序列；

对所述二元游程序列进行处理，得到正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量，τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数；

根据所述正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量，利用如下公式，得到游程长度为τ的游程的总数量，

G(τ)＝G_-1(τ)+G₁(τ)，其中，G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量，τ为大于或等于1的正整数；

利用所述游程长度为τ的游程的总数量，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值和方差；

根据所述期望值和方差，利用所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数和自相关函数，计算得到所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度值和自相关函数值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设的条件，对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得到所述动态负荷电流幅值的二元游程序列包括：

利用下面的二值化条件，对所述动态负荷电流幅值向量进行二值化处理，得所述动态负荷电流幅值的二元游程序列，

其中，α(n)为第n个工频周期的动态负荷电流幅值，n＝0,1,2,…,N-1；N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数；X(n)动态负荷电流幅值的游程阈值，其取决于动态负荷电流基波的上下包络线的平均值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述二元游程序列进行处理，得到正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量包括：

在所述二元游程序列中，将连续τ个α(n)值为1的动态负荷电流幅值所构成的游程序列确定为正游程G₁(τ)，τ为大于或等于1的正整数，即游程长度；

将连续τ个α(n)值为-1的动态负荷电流幅值所构成的游程序列确定为负游程G_-1(τ)，τ为大于或等于1的正整数，即游程长度；

统计所述正游程G₁(τ)和负游程G_-1(τ)的数量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数为

其中，P(τ)为动态负荷电流幅值游程长度的概率密度函数；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量；τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数，N为选取的动态负荷电流信号随机样本的工频周期数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态负荷电流幅值游程长度的自相关函数为

其中，σ²为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值方差，E和

为所述动态负荷电流幅值游程长度的期望值，η为游程时延；τ为游程长度，且为大于或等于1的正整数；G(τ)为游程长度为τ的游程的总数量。

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