CN109374953B - 一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法，通过计算每一个样本向前过去取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，以及向未来取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，将二者相减后取绝对值后得到一个称为有效值绝对差分的值，根据有效值差分在起始点和结束点最大的特点，即可找出正确的起始点和结束点对应的采样点位置，将传统的有效值阈值法进行了改进，从而可以提高电压暂降波形点检测的准确性。

Description

一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体是一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法。

背景技术

电压暂降：电压暂降定义为供电电压有效值在短时间内突然下降又回升并且恢复正常的现象。电力系统中这种现象的持续时间多数情况在0.1到1.5s之间。电压暂降大致上可看作二维的电磁扰动，它的两个维度分别是电压降的幅值和持续时间。在描述电压暂降时经常用到残压这个概念，它是指电压暂降的过程中，电压有效值的最小值。它可以用有名值或相对于参考电压的标幺值表示。国际电工委员会(IEC)将电压暂降定义为幅值下降到额定值的90％到1％；国际电气与电子工程师协会(IEEE)则把电压暂降定义为幅值下降到额定值的90％到10％，并且其典型的持续时间应该为5～30个周期。

电压暂降波形点：电压暂降波形点可分为起始点和结束点，它们分别是电压在发生暂降和结束暂降的点在所对应的相角值。起始点对应于发生电压暂降前电压的相位角，它是以暂降前电压的最后一个正向过零点为参考开始测量的，这个点是从暂降前电压到暂降电压的过渡阶段的开始。类似地，结束点是以发生电压暂降后电压的第一个正向过零点为参考测量电压的相位角，这个点是从暂降电压到暂降后电压过渡阶段的结束。起始点和结束点通常以度或弧度表示。波形点的定义如图1所示。

电力系统中的很多电力电子设备对于瞬时的电能质量扰动相当敏感，所以电压暂降很容易引起设备无法正常工作，这往往对用户造成难以估量的损失。电力电子设备作为时代发展的产物，如今已大量通入到现代化的工业生产中。一旦这些设备因电压暂降的发生而无法正常工作或者停止工作，整个生产线都会受到牵连，这可能会造成设备停产，产品报废，工具损坏，生产工期的延长等危害，所以电压暂降对各种设备和各行业都会产生影响。

在现有的标准中，电压的有效值(RMS)和持续时间被认为是电压暂降的两个基本特征。这些标准很少考虑电压暂降的其他特征并且经常简单地忽略其他的关于电压暂降的信息。但是，某些特定类型设备的正常工作将被其他特征所影响(例如相位跳变和波形点的导致敏感设备非正常工作)。如果不考虑或者不了解所有存在影响的其他特征，那么在评估设备敏感性时很可能难以得出准确结论。而且如果不能准确检测波形点也就不能准确得出电压暂降的起止时刻，那么测得的持续时间也是不准确的。所以研究电压暂降的波形点是很有必要的。

现有的标准中通过有效值阈值法来判定电压暂降的起止，即通过有效值阈值法寻找电压暂降的波形点。

所谓有效值阈值法，就是设定一个阈值δ，以此阈值进行波形点检测。在现有的标准中，阈值被规定为稳态电压有效值的90％，由于只考虑电压暂降最严重的那一相，此阈值实际上为该相稳态电压有效值的90％。对于暂降最严重相，当检测到其有效值低于阈值δ的采样点时，算法触发，将有效值低于阈值的第一个点输出，作为起始点所在的采样点；在检测到波形起始点之后，再检测到其有效值大于阈值的采样点时，算法再次触发，将有效值恢复到阈值之上的第一个点输出，作为结束点所在的采样点。

有效值阈值法将稳态电压的90％作为阈值作为检测波形点的依据，但真正的波形点所在的位置应该是电压瞬时值发生暂降和结束暂降的位置，这与阈值为90％的点显然是不同的点，所以传统的波形点检测结果是不够准确的。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法，首先检测的是电压暂降起始点和结束点所对应的采样点，然后寻找电压波形中距离所寻找到的采样点最近的一个向上过零点作为参考采样点，参考采样点作为0°，以参考采样点为基础计算出它们所在的角度或弧度，作为电压暂降起始点和结束点，可以提高电压暂降波形点检测的准确性。

一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法，包括如下步骤：

1)采样获取待检测电压暂降的三相电压瞬时值波形；

2)提取所述步骤1)所获得的三相电压瞬时值波形中一个周期内包含的采样点数记为wd，待检测电压所包含的总采样点数为N；

3)计算有效值绝对差分：计算每一个采样点向过去取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，以及向未来取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，并将二者相减后求绝对值，得到有效值绝对差分；

4)使用有效值阈值法对起始点和结束点的位置进行初步估计；

5)分别在步骤4)所估计的起始点和结束点的前一个周期内寻找步骤3)中求得的有效值绝对差分的最大值所在的位置，分别就是真正的起始点和结束点的采样点位置；

6)寻找电压波形中距离所寻找到的起始点和结束点的采样点位置最近的一个向上过零点作为参考采样点，参考采样点的角度为0°，以参考采样点为基础计算出波形点所在采样点的角度或弧度，作为电压暂降起始点和结束点。

进一步的，所述步骤3)具体为：

向过去取一个周期滑窗计算均方根值的公式如下：

其中V(i)表示采样点序号为i的采样点的瞬时电压值，wd表示一个采样周期内的采样点数量，将第一个周期内所有采样点的

全设为某一个正常值：

同理，向未来取一个周期滑窗计算均方根值的公式如下：

其中V(i)表示采样点序号为i的采样点的瞬时电压值，wd表示一个采样周期内的采样点数量；

同理，将最后一个周期内所有采样点的

全设为某一个正常值：

之后便可求得有效值绝对差分：

本发明通过计算每一个样本向前过去取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，以及向未来取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，将二者相减后取绝对值后得到一个称为有效值绝对差分的值，根据有效值差分在起始点和结束点最大的特点，即可找出正确的起始点和结束点对应的采样点位置，将传统的有效值阈值法进行了改进。

附图说明

图1是电压暂降波形点示意图；

图2是本发明基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法的流程示意图；

图3是有效值绝对差分计算流程图；

图4是使用有效值阈值法对波形点进行估计的示意图；

图5是寻找有效值绝对差分峰值所对应的采样点序号的示意图；

图6是采用本发明方法对实测数据进行检测的示意图，其中图6(a)为瞬时值电压开始发生故障和故障清除的点，图6(b)电压有效值开始发生跌落和开始恢复的点，图6(c)为有效值绝对差分的两个极大值所在位置对应图6(a)中瞬时值电压开始发生故障和故障清除的点。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图2，本发明实施例提供一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法，包括如下步骤：

1)采样获取待检测电压暂降的三相电压瞬时值波形；

2)提取所述步骤1)所获得的三相电压瞬时值波形中一个周期内包含的采样点数记为wd，待检测电压所包含的总采样点数为N；

3)计算有效值绝对差分：计算每一个采样点向过去取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，以及向未来取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，并将二者相减后求绝对值，得到有效值绝对差分；

其中向过去取一个周期滑窗计算均方根值的公式如下：

其中V(i)表示采样点序号为i的采样点的瞬时电压值，wd表示一个采样周期内的采样点数量。公式(1)只能计算第一个周期之后的各个采样点的

实际的分析中还需要保留第一个周期内各个采样点的

本发明将第一个周期内所有采样点的

全设为某一个正常值：

同理，向未来取一个周期滑窗计算均方根值的公式如下：

其中V(i)表示采样点序号为i的采样点的瞬时电压值，wd表示一个采样周期内的采样点数量。

同理，将最后一个周期内所有采样点的

全设为某一个正常值：

之后便可求得有效值绝对差分：

计算有效值绝对差分的示意图如图3所示。

4)使用有效值阈值法(使用

作为有效值)对起始点和结束点的位置进行初步估计(这个估计一定是不准确的)。如图4所示。

5)分别在步骤4)所估计的起始点和结束点的前一个周期内寻找步骤3)中求得的有效值绝对差分V_d的最大值所在的位置，分别就是真正的起始点和结束点的采样点位置。示例如图5所示。

6)寻找电压波形中距离所寻找到的起始点和结束点的采样点位置最近的一个向上过零点作为参考采样点，参考采样点的角度为0°，以参考采样点为基础计算出波形点所在采样点的角度或弧度，作为电压暂降起始点和结束点。

本发明针对传统方法(有效值阈值法)在检测波形点时存在的缺陷，进行了一定的改进，通过计算每个采样点的有效值绝对差分V_d(过去一周期与未来一周期均方根值差的绝对值)，根据有效值绝对差分在起始点和结束点都是极大值的特点来检测波形点，从原理上能够准确找到电压暂降波形点的位置。

下面通过正弦电压波形的简单情况，证明V_d在电压暂降的起始和恢复瞬间达到最大值。为了简单起见，只检查了起始瞬间，因为关于恢复瞬间的讨论是类似的。假设瞬时采样电压v[k]建模为下式(6)，其中k₁对应于电压暂降事件的起始瞬间。

其中V₁和V₂分别为电压暂降前后的电压幅值；f和

分别为频率和相角。

则V_d的变化规律为：

其中，

由于V₁和V₂分别为电压暂降前后的电压幅值，所以显然V₁＞V₂，所以存在如下关系：

对比式(7)、(10)、(11)可得：

即证得V_d[k]在起始点处取得极大值，同理可证得V_d[k]在结束点处取得极大值。

经过大量仿真检测后也验证了该方法的有效性，仿真过程如下：

生成的数据为三相电压波形，每个周期包含100个采样点。每个数据的长度为20个周期，包含2000个采样点。在暂降过程中，a、b、c相的残压分别为0.8p.u.、0.6p.u.和0.5p.u.。

表1仿真数据构造规则

如表1所示，在保持起始点不变的情况下，每个暂降的数据持续时间改变，来改变暂降的结束点。起点的采样点为400，结束点的采样点为801～1800，共1000个数据；同理，保持结束点的采样点是1801不变，起始点的采样点从400取到1399，共1000个数据，这样就可以得到两千组仿真数据。然后采用本发明方法对仿真数据进行测试，正确率为100％。

对实测数据的检测如图6所示。图6(a)(b)(c)中的起始点、结束点相互对应。图6(c)有效值绝对差分的两个极大值所在位置对应图6(a)中瞬时值电压开始发生故障和故障清除的点，同时对应图6(b)中电压有效值开始发生跌落和开始恢复的点，显然本发明所提方法能够准确检测实测数据波形点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)采样获取待检测电压暂降的三相电压瞬时值波形；

2)提取所述步骤1)所获得的三相电压瞬时值波形中一个周期内包含的采样点数记为wd，待检测电压所包含的总采样点数为N；

3)计算有效值绝对差分：计算每一个采样点向过去取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，以及向未来取一个周期的滑窗所计算出的均方根值，并将二者相减后求绝对值，得到有效值绝对差分；

4)使用有效值阈值法对起始点和结束点的位置进行初步估计；

5)分别在步骤4)所估计的起始点和结束点的前一个周期内寻找步骤3)中求得的有效值绝对差分的最大值所在的位置，分别就是真正的起始点和结束点的采样点位置；

6)寻找电压波形中距离所寻找到的起始点和结束点的采样点位置最近的一个向上过零点作为参考采样点，参考采样点的角度为0°，以参考采样点为基础计算出波形点所在采样点的角度或弧度，作为电压暂降起始点和结束点。

2.如权利要求1所述的基于电压有效值序列的电压暂降波形点检测方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：

向过去取一个周期滑窗计算均方根值的公式如下：

其中V(i)表示采样点序号为i的采样点的瞬时电压值，wd表示一个采样周期内的采样点数量，将第一个周期内所有采样点的

全设为某一个正常值：

同理，向未来取一个周期滑窗计算均方根值的公式如下：

其中V(i)表示采样点序号为i的采样点的瞬时电压值，wd表示一个采样周期内的采样点数量；

同理，将最后一个周期内所有采样点的

全设为某一个正常值：

之后便可求得有效值绝对差分：

Images