CN111679156A - 一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，包括以下步骤：设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围；采集电路的电压数据；得到电压‑时间曲线；基于电压‑时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并将电压离散值存储为数组；将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，将绝对值与误差范围进行比较检验，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点。本发明提供的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，通过检测正弦电压信号斜率变化，快速检测电压信号的故障以及估算故障所在时刻，简化了系统故障计算复杂程度，提高了电压故障检测效率。

Description

一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法

技术领域

本发明涉及电压信号检测技术领域，特别是涉及一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法。

背景技术

电力线路由于天气、人为等多种因素的影响，时常发生故障，这就要求系统能够迅速判断故障点并进行切除，以便减少对电力设备的损坏，保证向用户安全可靠的供电；在高精度的同步量测和故障录波装置中，故障起始时间要求达到工频周期内，精确到毫秒甚至微秒级，开发一种简单、实用、高精度的故障起始时间确定方法是高精度量测装置的重要内容。

系统故障的检测方法有很多种，国内外比较成熟的检测方法有傅里叶变化、小波变换、Hilbert-Huang变换。傅里叶变换(FT)具有完备、正交的优点，并且能够快速计算，但它不能将信号的时频域有机联系起来，并且计算分析需要一定的时间；小波变换具有多分辨率，可准确检测出信号的突变点，并判断出故障时刻，但其计算繁重，实时性差，还依赖于对小波基的准确选取；Hilbert-Huang变换是近几年研究较多的一种特征提取方法，可以分析频率随时间变化的信号，但是需要复杂的递归，运算时间反而比短时距傅里叶变换要长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，通过检测正弦电压信号斜率变化，快速检测电压信号的故障以及估算故障所在时刻，简化了系统故障计算复杂程度，提高了电压故障检测效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，该方法包括以下步骤：

S1，设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围；

S2，在电路拓扑结构中分布式放置电压采集装置，形成电压采集系统，采集电路的电压数据；

S3，对电压数据进行预处理，得到电压-时间曲线；

S4，基于电压-时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个采样周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并以采样周期为单位存储为数组；

S5，将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，将绝对值与步骤S1设定的误差范围进行比较检验，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点。

可选的，所述步骤S4中，基于电压-时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个采样周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并以采样周期为单位存储为数组，具体包括：

设每个周期采样次数为N，采集电压的频率为f，采样周期为1/f，则两两采样点间隔时间为t＝1/Nf，假设相邻两点为A(x1,y1)、B(x1+t,y2),则两点间的线性斜率计算为：

k为两两采样点间的线性斜率；

以周期为单位存储为数组：

Z_a＝[k1，k2，k3…，ki]

其中Z_a为第a个周期中所有的两两采样点间的线性斜率的数组，ki为周期中第i个采样点的线性斜率。

可选的，所述S5中，将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，具体包括：

将所述数组Z_a中的元素与Z_a+1中的元素对应一一做差取得绝对值：

其中，

为第a个周期中第i个采样点的线性斜率，

为第a+1个周期中第i个采样点的线性斜率，Δx_i即为第i个采样点做差所取得的绝对值。

可选的，所述S5中，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点，具体包括：

将Δx_i与所述步骤S1中设置的误差范围进行比较，如果超过了偏差范围，则判断此时的电压信号出现了故障；

估计电压信号故障的时间：

T＝a×(1/f)+t×i

其中，T即为此时故障的时间，a表示第a个周期，i表示第i个电压采样点，t为两两采样点的间隔时间。

可选的，所述步骤S1中，由上位机设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，利用电压采集装置对电压信号进行实时采集，实现实时监测，对采样点的斜率进行计算，并将其与上一周期采样点的切线斜率进行对比，能够明显的判断当前电压信号是否发生了故障，并能够根据采样点的位置计算电压采集信号的故障时间；本申请提出的估计方法，具有计算简单、响应快速、长期稳定性好等特点，可以快速、准确检测故障时间点，符合有关的国家标准要求，可广泛用于配电网、低压系统、变电站等高精度电参数量测领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，通过检测正弦电压信号斜率变化，快速检测电压信号的故障以及估算故障所在时刻，简化了系统故障计算复杂程度，提高了电压故障检测效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法流程图，如图1所示，本发明提供的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，包括以下步骤：

S1，设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围；

S2，在电路拓扑结构中分布式放置电压采集装置，形成电压采集系统，采集电路的电压数据；

S3，对电压数据进行预处理，得到电压-时间曲线；

S4，基于电压-时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个采样周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并以采样周期为单位存储为数组；

S5，将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，将绝对值与步骤S1设定的误差范围进行比较检验，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点。

其中，所述步骤S4中，基于电压-时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个采样周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并以采样周期为单位存储为数组，具体包括：

设每个周期采样次数为N，采集电压的频率为f，采样周期为1/f，则两两采样点间隔时间为t＝1/Nf，假设相邻两点为A(x1,y1)、B(x1+t,y2)，则两点间的线性斜率计算为：

k为两两采样点间的线性斜率；

以周期为单位存储为数组：

Z_a＝[k1，k2，k3…，ki]

其中Z_a为第a个周期中所有的两两采样点间的线性斜率的数组，ki为周期中第i个采样点的线性斜率。

所述S5中，将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，具体包括：

将所述数组Z_a中的元素与Z_a+1中的元素对应一一做差取得绝对值：

其中，

为第a个周期中第i个采样点的线性斜率，

为第a+1个周期中第i个采样点的线性斜率，Δx_i即为第i个采样点做差所取得的绝对值。

所述S5中，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点，具体包括：

将Δx_i与所述步骤S1中设置的误差范围进行比较，如果超过了偏差范围，则判断此时的电压信号出现了故障；

估计电压信号故障的时间：

T＝a×(1/f)+t×i

其中，T即为此时故障的时间，a表示第a个周期，i表示第i个电压采样点，t为两两采样点的间隔时间。

所述步骤S1中，由上位机设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围。

本发明提供的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，利用电压采集装置对电压信号进行实时采集，实现实时监测，计算采样周期内每每相邻两个点的线性斜率并将计算结果进行储存，通过将间隔一个周期的计算结果进行对比，检测两者是否属于正常范围当中，从而判断出电压信号是否发生了故障，并估计故障时间点；本申请提出的估计算法，计算简单，实时监测性强，并且检测时间精确，有效提升了故障检测实时性，能够更好的保护电力设备的安全、稳定运行。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围；

S2，在电路拓扑结构中分布式放置电压采集装置，形成电压采集系统，采集电路的电压数据；

S3，对电压数据进行预处理，得到电压-时间曲线；

S4，基于电压-时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个采样周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并以采样周期为单位存储为数组；

S5，将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，将绝对值与步骤S1设定的误差范围进行比较检验，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点。

2.根据权利要求1所述的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，其特征在于，所述步骤S4中，基于电压-时间曲线，运用两点间的斜率计算公式对每个采样周期内的相邻两点间的线性斜率进行计算，并以采样周期为单位存储为数组，具体包括：

设每个周期采样次数为N，采集电压的频率为f，采样周期为1/f，则两两采样点间隔时间为t＝1/Nf，假设相邻两点为A(x1,y1)、B(x1+t,y2),则两点间的线性斜率计算为：

式中，k为两两采样点间的线性斜率；

以周期为单位存储为数组：

Z_a＝[k1，k2，k3，…，ki]

其中，Z_a为第a个周期中所有的两两采样点间的线性斜率的数组，ki为周期中第i个采样点的线性斜率。

3.根据权利要求2所述的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，其特征在于，所述S5中，将间隔一周期的两个电压采样点的线性斜率进行做差取绝对值，具体包括：

将所述数组Z_a中的元素与Z_a+1中的元素对应一一做差取得绝对值：

其中，

为第a个周期中第i个采样点的线性斜率，

为第a+1个周期中第i个采样点的线性斜率，Δx_i即为第i个采样点做差所取得的绝对值。

4.根据权利要求3所述的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，其特征在于，所述S5中，判断电路电压是否出现故障，以及故障所出现的时间节点，具体包括：

将Δx_i与所述步骤S1中设置的误差范围进行比较，如果超过了偏差范围，则判断此时的电压信号出现了故障；

估计电压信号故障的时间：

T＝a×(1/f)+t×i

其中，T即为此时故障的时间，a表示第a个周期，i表示第i个电压采样点，t为两两采样点的间隔时间。

5.根据权利要求1所述的基于正弦电压信号斜率的电压故障时间估计方法，其特征在于，所述步骤S1中，由上位机设定电压采集装置的采样周期以及偏差范围。

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