CN111965409A - 基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，包括：采集电压信号，根据电压信号来源系统的实际频率对电压信号波形进行重新采样以矫正频率偏移，重新采样点组成的波形为矫正频率波形；根据矫正频率波形，采用分段差分波形有效值法检测矫正频率波形中的电压暂态扰动；提取电压暂态扰动中的电压暂态分量，并利用主频率、极性、幅值以及持续时间四个指标刻画电压暂态分量。该电压暂态扰动检测方法通过提取暂态分量，刻画电压暂态扰动特征，方法简单、直观、通用性强，且检测准确性高。

Description

基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法

技术领域

本发明属于电力系统中电力扰动检测与识别领域，具体涉及一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法。

背景技术

随着非线性负荷、电力电子等设备不断地接入电网，在提高生产效率的同时，也对电压质量扰动非常敏感，单一设备的故障或者不正常运行就有可能给电网或用户带来巨大的经济损失，因此，极有必要采取相应的电压质量扰动缓解措施，其前提条件是对电压质量扰动进行准确的检测和提取。

电压质量扰动指任何偏离完美正弦电压波形的扰动，包括电压暂态、长时或短时电压变化、电压不平衡等。其中，针对长时或短时电压变化、电压不平衡等电压扰动检测的研究已经较为成熟，但是，尚缺乏简单、通用的电压暂态扰动检测、提取和刻画方法。

电力系统中的电压暂态扰动通常是由于闪电、电容或终端用户设备的投入引起。按照标准IEC 61000-4-30和标准IEEE 1159的定义，电压暂态扰动包含脉冲暂态和振荡暂态，前者的典型持续时间为1ns至1ms，后者为5μs至50ms。现有对暂态扰动的检测方法主要是基于时频变换的方法。如文献1(Apraiz M，Barros J，Diego R I，et al.A new methodfor real-time detection of transient disturbances in low-voltage supplysystems[C].IEEE International Workshop on Applied Measurements for PowerSystems(AMPS)Proceedings，Aachen，Germany，2012.)提出了基于离散小波变换的方法，如果各频带的能量超过设定的检测阈值，则检测到暂态扰动，但小波变换的计算量较大，且母小波的选择较为苦难，不同的母小波对检测结果的影响程度不同。文献2(李建闽，林海军，梁成斌，等.基于双分辨率S变换和学习向量量化神经网络的电能质量扰动检测方法[J].电工技术学报，2019，34(16)：3453-3463.)提出了基于双分辨率S变换和学习向量量化神经网络的电能质量扰动检测方法，该方法检测速度快、分类准确率高，但仅适合于具有固定特征的扰动。

上述时频变换方法为电压暂态扰动的检测提供了一定的思路，检测复杂，通用性低，且准确性较低，且很难运用于工程实际中，因此，提出一种简单、直观、实用的电压暂态扰动检测、提取和刻画方法具有十分重要的理论价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，该电压暂态扰动检测方法通过提取暂态分量，刻画电压暂态扰动特征，方法简单、直观、通用性强，且检测准确性高。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，包括以下步骤：

采集电压信号，根据电压信号来源系统的实际频率对电压信号波形进行重新采样以矫正频率偏移，重新采样点组成的波形为矫正频率波形；

根据矫正频率波形，采用分段差分波形有效值法检测矫正频率波形中的电压暂态扰动；

提取电压暂态扰动中的电压暂态分量，并利用主频率、极性、幅值以及持续时间四个指标刻画电压暂态分量。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：

本发明提供的一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动的检测方法，充分考虑系统频率偏移的影响基础上提取暂态分量，然后基于提取的暂态分量，以主频率、极性、幅值和持续时间刻画电压暂态扰动的特征。该检测方法简单、直观、通用性强，且检测准确性高。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，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前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的重新采样过程中频率偏移校正参数标注示意图；

图3为本发明实施例提供的重新采样过程中确定重新采样点v′(k)示意图；

图4为本发明实施例提供的利用分段差分波形有效值法检测暂态扰动示意图；

图5为本发明实施例提供的分别将扰动前波形和扰动后波形作为参考周期，提取出来的暂态分量示意图；

图6为本发明实施例提供的脉冲暂态极性的定义示意图；

图7为本发明实施例提供的利用双指数波形拟合脉冲暂态示意图；

图8为本发明实施例提供的IEEE C62.41.2中的标准铃声波形图；

图9为本发明实施例提供的改进的IEEE-13节点系统示意图；

图10(a)～图10(c)为本发明实施例提供的图9中节点652处监测得到的A、B、C三相电压监测波形及提取的相应的暂态波形；

图11(a)～图11(c)为本发明实施例提供的图9中节点650处监测得到的A、B、C三相电压监测波形及提取的相应的暂态波形图；

图12为本发明实施例提供的未校正和校正频率偏移时节点652处监测得到的A相电压波形及提取的暂态分量示意图；

图13(a)和图13(b)为本发明实施例提供的试验等值电路和接线图；

图14为本发明实施例提供的图13(a)和图13(b)中实测电源处A相电压波形和暂态波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1是本发明实施例提供的一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法的流程图。如图1所示，实施例提供的一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法包括以下步骤：

步骤1，采集电压信号，根据电压信号来源系统的实际频率对电压信号波形进行重新采样以矫正频率偏移，重新采样点组成的波形为矫正频率波形。

本实施例中，电压暂态扰动检测的基本思想是基于两个连续周期电压波形的差值Δv(k)，如式(1)所示：

Δv(k)＝v(N+k)-v(k) (1)

其中，N为波形的采样率，即每个周期的采样点数；v(k)为第k个采样点对应的电压值，k＝1,2,3,…,N。

考虑到系统的频率不是总恒定在50Hz或者60Hz，即使两个完全相同的波形直接相减，其结果也不可能为0，因此，为了准确检测电压暂态扰动，首先需要根据电压信号来源系统的实际频率对电压信号波形进行重新采样，来校正频率偏移。

本实施例中，对对系统的频率偏移进行校正，实际上就是计算系统的实际频率，并对电压信号波形进行重新采样，此时，式(1)变为式(2)的形式：

Δv(k)＝v(N+k)-v′(k) (2)

其中，v′(k)为v(k)的重新采样点，v′(k)与v(N+k)有相同的相位。

具体地，对电压信号波形进行重新采样以确定重新采样点v′(k)的具体过程为：

(1)选择电压信号波形中一个稳态周期作为参考周期，一般假设第一个周期为参考周期；

(2)确定电压信号波形中频率偏移校正参数，然后根据频率偏移校正参数计算一个周期实际的采样点数，所述频率偏移校正参数包括正过零点、正过零点的前后相邻采样点、采样点与正过零点时间差；

步骤(2)具体过程为：首先，如图2所示，确定电压信号波形中频率偏移校正参数包括：确定第一个周期的正过零点ZC₁，依据该正过零点ZC₁确定前后相邻的采样点A₁(<0)和A₁+1(>0)，确定采样点A₁+1与ZC₁之差τ₁(<1)；确定第二个周期的正过零点ZC₂，依据该正过零点ZC₂确定前后相邻的采样点A₂(<0)和A₂+1(>0)，确定采样点A₂与ZC₂之差τ₂(<1)；

然后，根据频率偏移校正参数计算一个周期实际的采样点数N_w，即：

N_w＝A₂-(A₁+1)+τ₁+τ₂＝D+τ₁+τ₂ (3)

其中，D＝A₂-(A₁+1)。

(3)根据一个周期实际的采样点数确定扰动波形的真实周期T_w，即：

T_w＝N_w×Δt (4)

其中，Δt＝1/(N×50)或1/(N×60)为采样时间间隔。

(4)计算第k个采样点与参考周期第一个正过零点ZC₁之间的时间差T_diff后，根据该时间差T_diff与真实周期T_w计算第k个采样点与参考周期第一个正过零点ZC₁之间的相差的周期数N_diff，即：

T_diff＝(k-ZC₁)×Δt (5)

N_diff＝T_diff/T_w＝(k-ZC₁)/N_w (6)

其中，周期数N_diff不是一个整数，周期数N_diff的余数N_R∈[0,1]，代表重新采样v′(k)所在的位置，当N_R＝0.5，表示v′(k)正好处于参考周期的中间位置；

(5)根据周期数N_diff的余数N_R、周期实际的采样点数N_w以及采样点差τ₁确定参考周期重新采样点v′(k)，具体过程为：

首先，按照式(7)计算中间值N′_r，依据该中间值N′_r确定该中间值N′_r相邻的两个整数；

N'_r＝N_R×N_w-τ₁+1 (7)

式(7)中，中间值N′_r将处于两个整数K₁和K₂之间，N′_r的余数记为τ，例如，如N′_r＝5.34，则K₁＝5，K₂＝6，τ＝0.34；

然后，如图3所示，依据该两个整数对应的v(K₁)和v(K₂)进行线性差值，得到重新采样点v′(k)，计算式如式(8)：

v′(k)＝v(K₁)+τ[v(K₂)-v(K₁)] (8)

当K₁＝0时，ZC₁为第一个点，因此，v(K₁)＝0，如果K₁为参考周期的最后一个采样位置，那么，v′(k)将通过v(K₁)和v(ZC₂)的线性插值得到。

这样，经过步骤(1)～步骤(6)实现了对电压信号波形进行重新采样，重新采样点实现了频率偏移的矫正，重新采样点组成的波形为频率偏移的矫正结果。

步骤2，根据矫正频率波形，采用分段差分波形有效值法检测矫正频率波形中的电压暂态扰动。

本实施例中，基于矫正频率波形，采用分段差分波形有效值法对电压暂态扰动进行检测。假设每个周期的波形平均分为K段，通常情况下，N可为128，256或512，K由用户给定。图4所示为N＝128，K＝8的情况，此时，每段波形包含的采样点数为16。

具体地，采用分段差分波形有效值法检测矫正频率波形中的电压暂态扰动过程为：

(a)确定矫正频率波形中的参考周期和现有周期。

首先，检测矫正频率波形的第一个正过零点，从第一个正过零点开始的第1个周期的采样点记为：v(1),v(2)…v(N)，N为周期内采样点个数，假设矫正频率波形的第1个周期不包含扰动，称为稳态波形或参考波形，则第一个周期为参考周期。第2个周期采样点为v(N+1),v(N+2),….v(N+N)，除参考周期外的其他周期称为现有周期，现有周期内可能存在扰动，因此需判断现有周期是否存在扰动。

(b)将参考周期内电压信号波形分为K段，按式(9)计算参考周期内每段波形的电压有效值V_RMS(i)，该电压有效值V_RMS(i)作为参考阈值；

其中，i＝1,2,…,K，代表分段数，k∈i代表所有属于第i段波形的采样点。每段波形的参考阈值V_RMS(i)将作为判断连续两个周期波形是否变化的标准。

(c)将现有周期内电压信号波形同样分为K段，计算现有周期和参考周期的差分波形的分段有效值ΔV_RMS(i)，如式(10)所示：

(d)依据参考阈值对差分波形的分段有效值ΔV_RMS(i)进行判断，以检测电压暂态扰动，并存储现有周期的波形采样点用于后续分析；

具体地，参考阈值和差分波形的分段有效值ΔV_RMS(i)满足式(11)，即当差分波形的分段有效值超过参考阈值时，检测到现有周期中存在电压暂态扰动，相应段波形第一个采样点对应的时刻为扰动的起始时刻，存储现有周期的波形采样点；

ΔV_RMS(i)>αV_RMS(i)i＝1,2,…,K (11)

式(11)中，α为用户设定的权重值，以百分数表示，考虑到检测的各电压暂态扰动的最小幅值和差分波形的噪声水平，其权重值如表1所示。

表1电压暂态扰动检测的典型输入参数

(e)按照步骤(c)和步骤(d)检测在参考周期后的连续三个周期的电压暂态扰动，当连续三个周期的电压暂态扰动都没检测到扰动时，更新参考周期，并继续检测电压暂态扰动；

具体地，更新现有周期的采样点v(N+1),v(N+2),….v(N+N)，并执行步骤(c)和步骤(d)，如果参考周期后的连续三个周期都没检测到扰动，则现有周期被认为是健康周期，计算其分段有效值，利用该分段有效值ΔV_RMS(i)更新步骤(b)中的V_RMS(i)作为新参考阈值，同时计算该健康周期的正过零点，用该正过零点开始的一个周期作为新参考周期，然后，利用根据该新参考周期检测其后的现有周期是否有暂态扰动。

(f)确定电压暂态扰动终止时刻，并存储包含电压暂态扰动的电压信号波形。

如果包含电压暂态扰动的现有周期后的连续三个周期的三相电压都不满足式(11)，则认为暂态扰动结束，连续三个周期中的第三个周期称为扰动的最后一个周期，最后一个周期的最后一个采样点对应的时刻为扰动的终止时刻。举例说明，对于一个含有6个周期的电压信号波形，第1个周期为参考周期，第2个周期为现有周期，现有周期内检测到有电压暂态扰动，且第2个周期之后的第3～5周期这连续三个周期内的三相电压都不满足式(11)，则认为暂态扰动结束，第5个周期为扰动的最后一个周期，第5个周期的最后一个采样点对应的时刻称为扰动的终止时刻。

本实施例中，提取电压暂态扰动前的连续三个周期和扰动后的至少连续三个周期的波形形成电压暂态扰动的电压信号波形并存储，这样存储的电压暂态扰动的电压信号波形便于工程技术人员扰动溯源分析。

值得注意的是，如果每周期波形被分为K段，那么能检测到的扰动最短持续时间为1/K周期，即：如果想检测到持续时间为1/x周期的扰动，那么K的最小值应为x。

此外，所提电压暂态扰动检测方法要求波形的比较起始于正过零点，能保证方法的一致性。但是，值得注意的是，一旦暂态扰动发生，从包含暂态扰动的波形中获取的过零点可能不准确，此时，存储的V_RMS(i)和稳态波形数据将不需要更新。

步骤3，提取电压暂态扰动中的电压暂态分量，并利用主频率、极性、幅值以及持续时间四个指标刻画电压暂态分量。

采用分段差分波形有效值法可用于检测电压暂态扰动，存储的波形为包含暂态分量的原始扰动波形，不能直接用于暂态扰动特性的刻画。而暂态分量的提取是暂态特征刻画的前提条件，因此需要提取电压暂态分量。

本实施例中，步骤1中获得了原始电压信号波形中原始采样点在参考周期中对应的重新采样点，将原始采样点与其在参考周期对应的真实采样点相减，得到电压暂态分量，如式(12)所示：

Δv(k)＝v(k)-v′(k) (12)

值得注意的是，扰动前的稳态波形和扰动后的稳态波形可能不完全相同，比如：电容器投入，母线电压会升高。如果利用扰动前的某个稳态周期作为参考周期，那么，提取的暂态分量就不会衰减到0，非零分量为扰动前和扰动后的稳态电压之差，该非零分量不能作为暂态分量的一部分。因此，通常将扰动后的稳态周期作为参考周期，通常，将存储的原始扰动波形的最后一个周期作为参考周期，该方法能有效解决上述因扰动前后稳态电压不相等导致的暂态分量不能衰减到0的问题。分别将扰动前稳态波形和扰动后稳态波形作为参考周期，提取出来的暂态分量如图5所示。

目前，针对电压暂态扰动的刻画还没有统一的标准，本实施例中拟通过主频率、极性、幅值和持续时间四个指标刻画电压暂态扰动，其中，主频率主要针对振荡暂态，极性主要针对脉冲暂态。

针对主频率，主频率是刻画振荡暂态扰动的特征，对提取的电压暂态分量做离散傅里叶变换，由其频谱图知，幅值最大的频谱分量对应的频率称为暂态分量的主频率f_d。

由暂态扰动的主频率大小可区别脉冲暂态和振荡暂态。针对60Hz的电力系统，满足如下的关系：

①如果f_d<60Hz，则该扰动为脉冲暂态；

②如果f_d>180Hz，则该扰动为振荡暂态。

当最大的频谱分量出现在直流分量(<60Hz)时，该暂态扰动为脉冲暂态。当暂态波形包含高频分量(>180Hz)时，该暂态扰动一定具有振荡的形式，为振荡暂态。

针对极性，极性是刻画脉冲暂态扰动的一个重要特征，反映了暂态扰动是否超过稳态波形的峰值。如果原始扰动波形的任何一个采样点的绝对值高于稳态波形的峰值，那么，该脉冲暂态具有正极性；否则，该脉冲暂态的极性为负，如图7所示。

针对幅值，电压暂态扰动的幅值定义为稳态波形的峰值与暂态分量的峰值的叠加，如式(13)所示。

M＝V_p+V_nominal (13)

其中，M为电压暂态扰动的幅值；V_p为暂态分量的峰值，指提取的暂态分量绝对值的最大值；V_nominal为稳态波形的峰值。

值得注意的是，式(13)定义的电压暂态扰动的幅值为暂态分量的峰值和稳态波形的峰值之和，该定义是假设暂态扰动正好发生在波形的峰值点，为最严重的情况。

针对持续时间，确定电压暂态扰动持续时间的基本思想是利用IEEE C62.41.2中的标准冲击波形拟合提取的暂态分量，基于能量相等的原则，计算暂态扰动的持续时间。

其中，脉冲暂态的持续时间的计算过程为：

当暂态扰动为脉冲暂态时，利用IEEE C62.41.2中的标准双指数波形，如式(14)，拟合提取的暂态分量，如图7所示。

v(t)＝V_m(e^-At-e^-Bt) (14)

其中，v(t)为时刻的电压值，V_m，A和B为待确定的参数，使得双指数函数能“最大程度”拟合暂态分量波形，如图7所示，即：需满足如下边界条件：

条件一：双指数波形的峰值电压假设发生在T_r，该时间也称为上升时间，通常情况下，T_r取值为1.5μS，满足：

条件二：双指数波形的峰值电压等于暂态分量的峰值V_p，即：

条件三：双指数波形的能量E_double等于暂态分量波形的能量E，即：

其中，v_k为提取的暂态分量的第k个采样点。

暂态扰动的持续时间定义为暂态分量的幅值下降到γV_p的时间T_D，满足式(18)。γ为用户输入参数，其目的是为了提醒用户暂态扰动的持续时间是输入参数的函数，通常情况下，取γ为50％。

采用迭代法对式(15)-(18)化简求解，结果如下：

其中，j为迭代次数。如果在两次连续迭代中，参数的差异均小于0.01，则停止迭代。

振荡暂态的持续时间的计算过程为：

当暂态扰动为振荡暂态时，利用IEEE C62.41.2中的标准铃声波形，如式(20)，拟合提取的暂态分量，如图8所示。

其中，v(t)为时刻的电压值，V_n为铃声波形的峰值，令其等于暂态分量的峰值V_p，即：V_n＝V_p；T_r为上升时间，典型值为0.5μS；f为振荡频率，令其等于暂态分量的主频率，即：f＝f_d；A为时间常数，为待求参数。

铃声波形的能量E_ring等于振荡暂态分量的能量E，即：

求解式(21)，得：

当振荡暂态分量的幅值下降到γV_p时，对应的时间为振荡暂态的持续时间T_D，如式(23)。

为验证本实施例提供的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法的正确性和有效性，利用图9所示改进的IEEE-13节点系统进行仿真分析，主要包含以下四方面的分析与验证：

(1)在节点652处投入电容器，分别利用节点650和节点652监测得到的波形检测暂态扰动。

(2)在节点652处投入电容器，利用节点652处监测得到的波形，比较分析进行频率偏移校正和不进行频率偏移校正的扰动检测结果。

(3)在节点652处以不同时刻投入电容器，将利用算法求得的扰动起始时刻和实际仿真的起始时刻比较。

(4)在实验室模拟电容器投入试验，利用监测的电压波形检测电压暂态扰动。

具体在图9所示系统的节点652处投入一个1MVar的电容器，分别在节点650和节点652处监测得到电压波形，以及利用本实施例提供的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法提取出来的暂态分量如图图10(a)～图10(c)和图11(a)～图11(c)所示，提取的电压暂态扰动特征如表2。

表2节点652和650处暂态分量的特征

由图10(a)～图10(c)和图11(a)～图11(c)知，无论是在近端还是远端，利用本实施例所提方法，均能有效检测到电压暂态扰动，并提取出暂态分量。由表2知，两节点的暂态扰动的主频率近似相同，持续时间几乎相同，由于存在一定的损耗，节点652处幅值稍大于节点650，但不影响暂态扰动特征的刻画。

本实施例还验证了频率偏移对暂态扰动检测的影响。在图9所示系统的节点652处投入一个1MVar的电容器，利用节点652处监测所得电压波形，以A相为例，不考虑系统频率偏移和考虑系统频率偏移的情况下，分别提取出的暂态分量如图12所示。分析图12可得，当未校正频率偏移时，不能够有效检测和提取暂态扰动，不利于工程人员做进一步的分析。

本实施例还验证了扰动起始时刻对暂态扰动检测的影响。在图9所示系统的节点652处投入一个1MVar的电容，分别在不同的时刻投入该电容器，利用本实施例提供的检测方法检测到的扰动起始时刻与PSCAD仿真结果，如表3所示。值得注意的是，表3中的峰值和过零点均是以A相为参考对象的。

表3算法检测的扰动起始时刻和仿真的起始时刻比较

由表3可见，本实施例提供的检测方法检测到的暂态扰动起始时间几乎与仿真起始时间一致，误差较小，该误差主要与波形分段数K的取值有关。

为进一步验证所提检测算法的正确性，在实验室采用已有器材模拟电容器投入试验，试验等值电路如图13(a)所示，实际接线图如图13(b)。其中，三相电压源为120V，每个电容容量为50μF，N为1024，采用产自CANDURA的PQPro采集电源处的电压波形，以及提取的A相暂态分量如图14所示。图14中提取的暂态分量对应的幅值、主频率和持续时间分别为1.1084pu，1060Hz，8056.4μs。可见，本实施例提供的检测方法能够有效对电压暂态扰动进行检测和提取。

本实施例提供的一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动的检测方法，充分考虑系统频率偏移的影响基础上提取暂态分量，然后基于提取的暂态分量，以主频率、极性、幅值和持续时间刻画电压暂态扰动的特征。通过仿真和实验分析，结果表明所提电压暂态扰动检测方法，以及特征刻画方法的正确性和有效性。该方法简单、直观，为实际技术工程人员检测和分析电压暂态扰动提供了思路。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，所述电压暂态扰动检测方法包括以下步骤：

采集电压信号，根据电压信号来源系统的实际频率对电压信号波形进行重新采样以矫正频率偏移，重新采样点组成的波形为矫正频率波形；

根据矫正频率波形，采用分段差分波形有效值法检测矫正频率波形中的电压暂态扰动；

提取电压暂态扰动中的电压暂态分量，并利用主频率、极性、幅值以及持续时间四个指标刻画电压暂态分量。

2.如权利要求1所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，对电压信号波形进行重新采样以确定重新采样点v′(k)的具体过程为：

(1)选择电压信号波形中一个稳态周期作为参考周期；

(2)确定电压信号波形中频率偏移校正参数，然后根据频率偏移校正参数计算一个周期实际的采样点数，所述频率偏移校正参数包括正过零点、正过零点的前后相邻采样点、采样点与正过零点时间差；

(3)根据一个周期实际的采样点数确定扰动波形的真实周期；

(4)计算第k个采样点与参考周期第一个正过零点之间的时间差后，根据该时间差与真实周期计算第k个采样点与参考周期第一个正过零点之间的相差的周期数；

(5)根据周期数的余数、周期实际的采样点数以及采样点差确定参考周期重新采样点。

3.如权利要求2所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，步骤(2)过程为：

首先，确定电压信号波形中频率偏移校正参数包括：确定第一个周期的正过零点ZC₁，依据该正过零点ZC₁确定前后相邻的采样点A₁(<0)和A₁+1(>0)，确定采样点A₁+1与ZC₁之差τ₁(<1)；确定第二个周期的正过零点ZC₂，依据该正过零点ZC₂确定前后相邻的采样点A₂(<0)和A₂+1(>0)，确定采样点A₂与ZC₂之差τ₂(<1)；

然后，根据频率偏移校正参数计算一个周期实际的采样点数N_w，即：

N_w＝A₂-(A₁+1)+τ₁+τ₂＝D+τ₁+τ₂

其中，D＝A₂-(A₁+1)。

4.如权利要求2所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，步骤(5)过程为：

首先，计算中间值N′_r，依据该中间值N′_r确定该中间值N′_r相邻的两个整数；

N′_r＝N_R×N_w-τ₁+1

其中，N_R为周期数N_diff的余数，N_w为周期实际的采样点数，τ₁为采样点差，中间值N′_r将处于两个整数K₁和K₂之间，N′_r的余数记为τ；

然后，依据该两个整数对应的v(K₁)和v(K₂)进行线性差值，得到重新采样点v′(k)，计算式如下：

v′(k)＝v(K₁)+τ[v(K₂)-v(K₁)]

当K₁＝0时，ZC₁为第一个点，因此，v(K₁)＝0，如果K₁为参考周期的最后一个采样位置，那么，v′(k)将通过v(K₁)和v(ZC₂)的线性插值得到。

5.如权利要求1所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，采用分段差分波形有效值法检测矫正频率波形中的电压暂态扰动过程为：

(a)确定矫正频率波形中的参考周期和现有周期；

(b)将参考周期内电压信号波形分为K段，计算参考周期内每段波形的电压有效值，该电压有效值作为参考阈值；

(c)将现有周期内电压信号波形同样分为K段，计算现有周期和参考周期的差分波形的分段有效值；

(d)依据参考阈值对差分波形的分段有效值进行判断，以检测电压暂态扰动，并存储现有周期的波形采样点用于后续分析；

(e)按照步骤(c)和步骤(d)检测在参考周期后的连续三个周期的电压暂态扰动，当连续三个周期的电压暂态扰动都没检测到扰动时，更新参考周期，并继续检测电压暂态扰动；

(f)确定电压暂态扰动终止时刻，并存储包含电压暂态扰动的电压信号波形。

6.如权利要求5所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，步骤(b)中，计算参考周期内每段波形的电压有效值V_RMS(i)的公式为：

其中，i＝1,2,…,K，代表分段数，k∈i代表所有属于第i段波形的采样点；

步骤(c)中，计算现有周期和参考周期的差分波形的分段有效值ΔV_RMS(i)的公式为：

步骤(d)中，参考阈值和差分波形的分段有效值ΔV_RMS(i)满足如下公式：

ΔV_RMS(i)>αV_RMS(i)i＝1,2,…,K

即当差分波形的分段有效值超过参考阈值时，检测到现有周期中存在电压暂态扰动，相应段波形第一个采样点对应的时刻为扰动的起始时刻，存储现有周期的波形采样点，α为用户设定的权重值；

步骤(e)中，更新现有周期的采样点v(N+1),v(N+2),….v(N+N)，并执行步骤(c)和步骤(d)，如果参考周期后的连续三个周期都没检测到扰动，则现有周期被认为是健康周期，计算其分段有效值，利用该分段有效值ΔV_RMS(i)更新步骤(b)中的V_RMS(i)作为新参考阈值，同时计算该健康周期的正过零点，用该正过零点开始的一个周期作为新参考周期，然后，利用根据该新参考周期检测其后的现有周期是否有暂态扰动；

步骤(f)中，如果包含电压暂态扰动的现有周期后的连续三个周期的三相电压都不满足ΔV_RMS(i)>αV_RMS(i)，则认为暂态扰动结束，连续三个周期中的第三个周期称为扰动的最后一个周期，最后一个周期的最后一个采样点对应的时刻为扰动的终止时刻。

7.如权利要求1所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，提取电压暂态扰动中的电压暂态分量的过程为：

将原始采样点与其在参考周期对应的真实采样点相减，得到电压暂态分量，即Δv(k)＝v(k)-v′(k)

其中，Δv(k)为电压暂态分量，v(k)为原始采样点，为真实采样点v′(k)。

8.如权利要求1所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，主频率是刻画振荡暂态扰动的特征，对提取的电压暂态分量做离散傅里叶变换，由其频谱图知，幅值最大的频谱分量对应的频率称为暂态分量的主频率f_d，根据暂态扰动的主频率大小可区别脉冲暂态和振荡暂态；

极性是刻画脉冲暂态扰动的特征，反映了暂态扰动是否超过稳态波形的峰值，如果原始扰动波形的任何一个采样点的绝对值高于稳态波形的峰值，那么，该脉冲暂态具有正极性；否则，该脉冲暂态的极性为负；

幅值定义为稳态波形的峰值与暂态分量的峰值的叠加；

针对持续时间，利用IEEE C62.41.2中的标准冲击波形拟合提取的暂态分量，基于能量相等的原则，计算电压暂态扰动的持续时间。

9.如权利要求8所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，脉冲暂态的持续时间的计算过程为：

当暂态扰动为脉冲暂态时，利用IEEE C62.41.2中的标准双指数波形，拟合提取的暂态分量：

v(t)＝V_m(e^-At-e^-Bt)

其中，v(t)为时刻的电压值，V_m，A和B为待确定的参数，使得双指数函数能最大程度拟合暂态分量波形，即需满足如下边界条件：

条件一：双指数波形的峰值电压假设发生在T_r，该时间也称为上升时间，通常情况下，T_r取值为1.5μS，满足：

条件二：双指数波形的峰值电压等于暂态分量的峰值V_p，即：

条件三：双指数波形的能量E_double等于暂态分量波形的能量E，即：

其中，v_k为提取的暂态分量的第k个采样点；

暂态扰动的持续时间定义为暂态分量的幅值下降到γV_p的时间T_D，满足下式，γ为用户输入参数，其目的是为了提醒用户暂态扰动的持续时间是输入参数的函数：

采用迭代法对上式化简求解，结果如下：

其中，j为迭代次数，如果在两次连续迭代中，参数的差异均小于0.01，则停止迭代。

10.如权利要求8所述的基于分段差分波形有效值的电压暂态扰动检测方法，其特征在于，振荡暂态的持续时间的计算过程为：

当暂态扰动为振荡暂态时，利用IEEE C62.41.2中的标准铃声波形，拟合提取的暂态分量：

其中，v(t)为时刻的电压值，V_n为铃声波形的峰值，令其等于暂态分量的峰值V_p，即：V_n＝V_p；T_r为上升时间；f为振荡频率，令其等于暂态分量的主频率，即：f＝f_d；A为时间常数，为待求参数；

铃声波形的能量E_ring等于振荡暂态分量的能量E，即：

求解上式，得：

当振荡暂态分量的幅值下降到γV_p时，对应的时间为振荡暂态的持续时间T_D：

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