基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测方法及系统
技术领域
本发明涉及电网电压检测技术领域,尤其涉及一种基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测方法及系统。
背景技术
针对电压跌落的算法有很多,常见的算法大都能够准确地检测出电压跌落,但存在对于电压跌落的反应不够灵敏,实时性较差的问题。电网电压跌落常见的检测方法为有效值法,基波分量法。近两年又有相关研究采用αβ变换连续求导的方法进行电网电压跌落检测。
有效值法通过采样电压的瞬时值计算出有效值,通过比较电压的有效值,即可判断电网电压是否发生瞬时跌落这种算法比较简单,只需计算出电网电压整个周波的有效值数据,即可在一个周波内判断出电网是否发生瞬时跌落,然而其检测时间远远超出接触器脱扣时间,因此这种算法实时性较差,没有实际应用价值。
基波分量法是通过计算电压的基波,将基波与标准值相比较,以此判断电网电压是否发生跌落。这种方法在运算上需要采用傅里叶变换,同时对正弦波波形的完整度和畸变要求非常高,如果一个点出现了误差,会影响整个周波的判断,因此该方法容易误判,同时响应速度不够快,没有太大的实际应用价值。
αβ变换连续求导检测法,是基于αβ-dq变换,并进行连续求导,得到瞬时时刻电网电压的变化量和相位角,通过与标准值比较,便可知道此时电网电压跌落的速度、相位角这两个关键值的变化量,再经过进一步分析计算可以得知此时准确的判断电网瞬时电压跌落的程度。这种方法的计算量庞大无比,经过坐标变换,求导等一系列繁杂计算得到的判断值在用于判断电压跌落时却没有切实意义。无论怎么进行变化,都需要精确可靠的参照标准,而这种理想参考系在实际工程应用中根本不存在。在实际应用中没有畸变的标准220V正弦交流电参考系难以实现,因此该种方法仅能作为理论研究,无法成为实际应用的判断电网电压跌落的方法。
针对常见的电压跌落检测方法的分析得知,现有电网电压跌落检测常见的算法,绝大多数被作为理论研究而提出,无法真正应用于实际装置中。在实际使用中最易于实现,运算量最小,同时判断速度最快的方法为查表法,同时,电网电压状态的可靠跟踪,是实现快速检测出电网跌落发生的重要前提。
据此,目前急需一种提高电压跌落判断可靠性、易于实现的基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测方法及系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高电压跌落判断可靠性、易于实现的基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测方法及系统。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题:
一种基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测方法,该方法包括以下步骤:
S1:电网电压信号实时监测及同步上传:通过电流互感器对电网电流进行实时监测,并将实时所检测的电流经过I/V转换获得对应的电压信号,同时将电压信号同步上传至数据采集卡;
S2:电网电压信号采集及存储:数据采集卡对电压信号进行采集并相应进行A/D转换后,同步传送至微处理器;微处理器对电压信号的采样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行存储;
S3:电网电压自适应跟踪检测:通过电网电压自适应跟踪方法,实时跟踪电网电压状态,同时绘制电网电压波形;
S4:生成电压跌落模糊区间判据表:根据检测到的电网电压波形,分别取其各采样点幅值的A%、B%、C%,生成对应A%、B%、C%电压跌落判别表;由于采用电网电压自适应跟踪方法,在电网电压发生畸变时同样得到其相对应的判别表;
S5:采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落:针对不同的电压跌落区间对采样数据采用不同的判别标准,并依据电压跌落的幅度划分响应速度;当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性;当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性。
作为本发明的优选方式之一,在所述步骤S4中:A%∈[70%,90%]、B%∈[50%,70%]、C%∈[30%,50%],并分别定义模糊区间为:轻微跌落、一般跌落、严重跌落。
作为本发明的优选方式之一,所述轻微跌落、一般跌落、严重跌落的最佳临界点分别为80%、60%、40%。
作为本发明的优选方式之一,在所述步骤S5中:当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出反应,提高电压跌落判断的快速性;当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性。
作为本发明的优选方式之一,在所述的步骤S3中电网电压自适应跟踪检测的具体方法如下:
步骤1:将电压上升沿或下降沿后的第一个采样点的值记为X,存入Buf[1]中;
步骤2:在紧接着的下一个电压上升沿或下降沿后的第一个采样点,记为Y;
步骤3:根据更新Buf[1]中的值;
步骤4:继续下一个上升沿,重复更新Buf[1]中的值,如此循环往复,完成电压幅值的跟踪检测;
步骤5:数组Buf[]中的其他数据以相同方法得到,以此得到完整的电压幅值的跟踪检测波形。
作为本发明的优选方式之一,所述的步骤S5中采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落,具体方法如下:
步骤1:将A%、B%、C%电压跌落判别表分别存入数组Buf_A[]、Buf_B[]、Buf_C[],假设t时刻采样值为kt;
步骤2:若kt<Buf_C[t],则说明此时的电压跌落幅值非常大,因此仅需比较这一时刻的采样值即可判断电压发生跌落;
步骤3:若Buf_C[t]<kt<Buf_B[t],则说明此时发生的电压跌落幅度在C%-B%之间,此时再采样一个点t+1,若kt+1<Buf_B[t+1],则判断为电压跌落;
步骤4:若Buf_B[t]<kt<Buf_A[t],则说明此时发生的电压跌落幅度在B%-A%之间,此时再采样两个点t+1、t+2,若kt+1<Buf_A[t+1]、kt+2<Buf_A[t+2],则判断为电压跌落。
本发明还公开了一种基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测系统,其特征在于,该系统包括以下模块:
电网电压信号实时监测及同步上传模块:用于通过电流互感器对电网电流进行实时监测,并将实时所检测的电流经过I/V转换获得对应的电压信号,同时将电压信号同步上传至数据采集卡;
电网电压信号采集及存储模块:用于通过数据采集卡对电压信号进行采集并相应进行A/D转换后,同步传送至微处理器;并通过微处理器对电压信号的采样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行存储;
电网电压自适应跟踪检测模块:用于通过电网电压自适应跟踪方法,实时跟踪电网电压状态,同时绘制电网电压波形;
生成电压跌落模糊区间判据表模块:用于根据检测到的电网电压波形,分别取其各采样点幅值的A%、B%、C%,生成对应A%、B%、C%电压跌落判别表;
动态查表判断电压跌落模块:用于采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落:针对不同的电压跌落区间对采样数据采用不同的判别标准,并依据电压跌落的幅度划分响应速度。
作为本发明的优选方式之一,在生成电压跌落模糊区间判据表模块中:A%∈[70%,90%]、B%∈[50%,70%]、C%∈[30%,50%],并分别定义模糊区间为:轻微跌落、一般跌落、严重跌落。
作为本发明的优选方式之一,所述轻微跌落、一般跌落、严重跌落的最佳临界点分别为80%、60%、40%。
作为本发明的优选方式之一,在动态查表判断电压跌落模块中:当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性;当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性。
本发明相比现有技术的优点在于:(1)本发明所提出的电网电压自适应跟踪方法,优势在于可以实时地跟踪并更新电网的电压状态,同时可以消除大部分谐波干扰。无论电网发生什么情况都不至于使基本的判别条件混乱。同时在更新状态量的同时保留一部分上一周期的信息,这样做即使在某一个周期内由于任何原因使得得到的信息是错误信息,将只有50%被采用,不会直接导致系统崩溃,同时随着采样的进行错误的信息将以每次采样衰减50%的速率被剔除。对于正确的信息则能够确保实施跟踪与更新。在实际测试时发现,当出现一个错误的周波信息时,该信息经过两个周波其影响就不会对系统运行造成干扰了。(2)本发明所提出的模糊区间判据表,优势在于针对不同的电压跌落区间对采样数据采用不同的判别标准,可以依据电压跌落的幅度划分响应速度。当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性。当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性。(3)本发明所提出的动态查表法,优势在于无需进行复杂的计算,仅需将采样所得的电压幅值与判据表对应位置的值进行比较,就能判断电网电压是否发生跌落,动态查表法计算量小、易于实现且判断速度快。
附图说明
图1是实施例中的基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测的流程图;
图2为本实施例的电网电压幅值自适应跟踪示意图;
图3为本实施例的模糊区间判据划分示意图;
图4为本实施例电压跌落动态查表法示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
查表法的思想非常简单,电网电压跌落现象中,需要进行检测判断的,即电网电压瞬时值本身。无论进行多么复杂的运算,为了检测电网是否出现了电压跌落,对电压瞬时值进行直接判断无疑是最简单的思路。采用电网电压自适应跟踪方法,实时跟踪电网电压状态,绘制电网电压波形,同时生成模糊区间判据表,提出一种电网电压跌落判断新方法—动态查表法,将采样所得的电压幅值与判据表对应位置的值进行比较,判断电网电压是否发生跌落。
实施例1
基于以上设计思想与原理:如图1所示,本实施例的一种基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测方法,该方法包括以下步骤:
S1:电网电压信号实时监测及同步上传:通过电流互感器对电网电流进行实时监测,并将实时所检测的电流经过I/V转换获得对应的电压信号,同时将电压信号同步上传至数据采集卡;
S2:电网电压信号采集及存储:数据采集卡对电压信号进行采集并相应进行A/D转换后,同步传送至微处理器;微处理器对电压信号的采样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行存储;
S3:电网电压自适应跟踪检测:通过电网电压自适应跟踪方法,实时跟踪电网电压状态,同时绘制电网电压波形;电网电压自适应跟踪检测的具体方法如下:
步骤1:将电压上升沿或下降沿后的第一个采样点的值记为X,存入Buf[1]中;
步骤2:在紧接着的下一个电压上升沿或下降沿后的第一个采样点,记为Y;
步骤3:根据更新Buf[1]中的值;
步骤4:继续下一个上升沿,重复更新Buf[1]中的值,如此循环往复,完成电压幅值的跟踪检测;
步骤5:数组Buf[]中的其他数据以相同方法得到,以此得到完整的电压幅值的跟踪检测波形。
S4:生成电压跌落模糊区间判据表:根据检测到的电网电压波形,分别取其各采样点幅值的A%、B%、C%,生成对应A%、B%、C%电压跌落判别表;由于采用电网电压自适应跟踪方法,在电网电压发生畸变时同样得到其相对应的判别表;A%∈[70%,90%]、B%∈[50%,70%]、C%∈[30%,50%],并分别定义模糊区间为:轻微跌落、一般跌落、严重跌落;轻微跌落、一般跌落、严重跌落的最佳临界点分别为80%、60%、40%;
S5:采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落:动态查表法,优势在于无需进行复杂的计算,仅需将采样所得的电压幅值与判据表对应位置的值进行比较,就能判断电网电压是否发生跌落,动态查表法计算量小、易于实现且判断速度快;针对不同的电压跌落区间对采样数据采用不同的判别标准,并依据电压跌落的幅度划分响应速度;当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性;当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性;判断电网电压是否发生跌落的具体方法如下:
步骤1:将A%、B%、C%电压跌落判别表分别存入数组Buf_A[]、Buf_B[]、Buf_C[],假设t时刻采样值为kt;
步骤2:若kt<Buf_C[t],则说明此时的电压跌落幅值非常大,因此仅需比较这一时刻的采样值即可判断电压发生跌落;
步骤3:若Buf_C[t]<kt<Buf_B[t],则说明此时发生的电压跌落幅度在C%-B%之间,此时再采样一个点t+1,若kt+1<Buf_B[t+1],则判断为电压跌落;
步骤4:若Buf_B[t]<kt<Buf_A[t],则说明此时发生的电压跌落幅度在B%-A%之间,此时再采样两个点t+1、t+2,若kt+1<Buf_A[t+1]、kt+2<Buf_A[t+2],则判断为电压跌落。
本实施例所提出的电网电压自适应跟踪方法,优势在于可以实时地跟踪并更新电网的电压状态,同时可以消除大部分谐波干扰。无论电网发生什么情况都不至于使基本的判别条件混乱。同时在更新状态量的同时保留一部分上一周期的信息,这样做即使在某一个周期内由于任何原因使得得到的信息是错误信息,将只有50%被采用,不会直接导致系统崩溃,同时随着采样的进行错误的信息将以每次采样衰减50%的速率被剔除。对于正确的信息则能够确保实施跟踪与更新。在实际测试时发现,当出现一个错误的周波信息时,该信息经过两个周波其影响就不会对系统运行造成干扰了。
下面以具体应用来对本实施例进一步解释与说明:
在工厂母线内接入负载后,电网电压幅值波形会发生了畸变,不是标准的正弦波,设置采样周期为250us,即每半个周波采样40个点。通过穿线式霍尔电流互感器DL-CT03C1.0对电网电流进行实时监测,并将实时所检测的电流经过I/V转换获得对应的电压信号,同时将电压信号同步上传至数据采集卡。
数据采集卡对电压信号进行采集并相应进行A/D转换后,同步传送至微处理器PIC32MX230F064B。微处理器对电压信号的采样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行存储。
通过电网电压自适应跟踪方法,实时跟踪电网电压状态,同时绘制电网电压波形。具体步骤如下:
步骤1:将电压上升沿(或下降沿)后的第一个采样点的值记为X,存入Buf[1]中;
步骤2:在紧接着的下一个电压上升沿(或下降沿)后的第一个采样点,记为Y;
步骤3:根据更新Buf[1]中的值;
步骤4:继续下一个上升沿,重复更新Buf[1]中的值,如此循环往复,就完成了电压幅值的跟踪检测,如图2所示。
步骤5:数组Buf[]中的其他数据以相同方法得到,就得到了完整的电压幅值的跟踪检测波形。电网电压跟踪检测数据如表1所示;
表1 40个点的自适应跟踪检测数据
电网电压自适应跟踪方法,优势在于可以实时地跟踪并更新电网的电压状态,同时可以消除大部分谐波干扰。无论电网发生什么情况都不至于使基本的判别条件混乱。同时在更新状态量的同时保留一部分上一周期的信息,这样做即使在某一个周期内由于任何原因使得得到的信息是错误信息,将只有50%被采用,不会直接导致系统崩溃,同时随着采样的进行错误的信息将以每次采样衰减50%的速率被剔除。对于正确的信息则能够确保实施跟踪与更新。在实际测试时发现,当出现一个错误的周波信息时,该信息经过两个周波其影响就不会对系统运行造成干扰了。
根据得到的电网电压跟踪检测波形,分别取其各采样点幅值的80%、60%、40%,分别定义模糊区间:轻微跌落、一般跌落、严重跌落,对应生成80%、60%、40%电压跌落判别表,如图3所示。由于采用电网电压自适应跟踪方法,在电网电压发生畸变时同样得到其相对应的判据表。
采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落。针对不同的电压跌落区间对采样数据采用不同的判别标准,可以依据电压跌落的幅度划分响应速度。当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性。当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性。
当电网电压发生跌落时,如图4所示,检测到Buf_[7]<Buf_40[7],则说明此时的电压跌落幅值非常大,因此仅需比较这一时刻的采样值即可判断电压发生跌落。在发生严重跌落时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性,仅需1个采样点250us,即可判断出电压跌落,判断速度快。
检测到Buf_40[16]<Buf_[25]<Buf_60[16],则说明电压发生跌落,跌落幅度为40%~60%,根据模糊区间判据,需再判断一个采样点,由于Buf_[17]<Buf_60[17],判断电压发生跌落。
检测到Buf_60[25]<Buf_[25]<Buf_80[25],则说明电压发生跌落,跌落幅度为60%~80%,根据模糊区间判据,需再判断两个采样点,由于Buf_[26]<Buf_80[26]、Buf_[27]<Buf_80[27],由此判断电压发生跌落。在发生轻微跌落时,以三个连续点作为判断准则,防止了误判的发生,提高了电压跌落判断的可靠性。
采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落,无需进行复杂的计算,仅需将采样所得的电压幅值与判据表对应位置的值进行比较,就能判断电网电压是否发生跌落,计算量小、易于实现且判断速度快。
实施例2
本发明还公开了一种基于模糊区间动态查表法的电网电压跌落检测系统,其特征在于,该系统包括以下模块:
电网电压信号实时监测及同步上传模块:用于通过电流互感器对电网电流进行实时监测,并将实时所检测的电流经过I/V转换获得对应的电压信号,同时将电压信号同步上传至数据采集卡;
电网电压信号采集及存储模块:用于通过数据采集卡对电压信号进行采集并相应进行A/D转换后,同步传送至微处理器;并通过微处理器对电压信号的采样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行存储;
电网电压自适应跟踪检测模块:用于通过电网电压自适应跟踪方法,实时跟踪电网电压状态,同时绘制电网电压波形;
生成电压跌落模糊区间判据表模块:用于根据检测到的电网电压波形,分别取其各采样点幅值的A%、B%、C%,生成对应A%、B%、C%电压跌落判别表;在生成电压跌落模糊区间判据表模块中:A%∈[70%,90%]、B%∈[50%,70%]、C%∈[30%,50%],并分别定义模糊区间为:轻微跌落、一般跌落、严重跌落;轻微跌落、一般跌落、严重跌落的最佳临界点分别为80%、60%、40%。
动态查表判断电压跌落模块:用于采用动态查表法,判断电网电压是否发生跌落:针对不同的电压跌落区间对采样数据采用不同的判别标准,并依据电压跌落的幅度划分响应速度;在动态查表判断电压跌落模块中:当跌落严重时,以一个采样点为判断准则,迅速做出相应,提高电压跌落判断的快速性;当跌落不显著时,以多个连续点作为判断准则,以防止误判的发生,提高电压跌落判断的可靠性。
本实施例的系统可以实时地跟踪并更新电网的电压状态,同时可以消除大部分谐波干扰。无论电网发生什么情况都不至于使基本的判别条件混乱。同时在更新状态量的同时保留一部分上一周期的信息,这样做即使在某一个周期内由于任何原因使得得到的信息是错误信息,将只有50%被采用,不会直接导致系统崩溃,同时随着采样的进行错误的信息将以每次采样衰减50%的速率被剔除。对于正确的信息则能够确保实施跟踪与更新。在实际测试时发现,当出现一个错误的周波信息时,该信息经过两个周波其影响就不会对系统运行造成干扰了。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。