CN116449193B - 物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网电压检测技术领域，且公开了物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法及装置，本发明所述的快速检测与预警方法包括以下具体步骤：对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线，若所述正弦交流电路发生电压陷波，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间，基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到电压陷波的特征，基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波，若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警，从而对电压陷波的检测提高了准确性。

Description

物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法及装置

技术领域

本发明涉及物联网电压检测技术领域，具体为物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法及装置。

背景技术

电压陷波是换流装置在换相时导致的电压波形出现的陷波或称为电压换相缺口的畸变现象，这种畸变是电压瞬时值的突然变化，虽然也是周期性的，但与基波频率无关，且由于电压陷波的相关频率相当高，很难用谐波分析中习惯采用的测量手段来反映它的特征量，通常把它作为特殊问题来处理，但也缺乏对于电压陷波的快速检测和预警还没有一种完全有效的探测分析工具。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法及装置。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法，所述快速检测与预警方法包括以下具体步骤：

S1、对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线；

S2、若所述正弦交流电路发生电压陷波，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间；

S3、基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到电压陷波的特征；

S4、基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波；

S5、若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警。

本申请还提供了物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警装置，所述快速检测与预警装置包括：采集模块、陷波模块、定位模块、判定模块、预警模块；

采集模块，用于对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线；

陷波模块，用于若发生电压陷波，则所述电压实时采样曲线发生变化，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间；

定位模块，用于基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到电压陷波的特征；

判定模块，用于基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波；

预警模块，用于若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法及装置，具备以下有益效果：

1、本申请针对电压陷波提出了如下方案，所述物联网断路器的中内置的交流电压采样回路对所述正弦交流电路的电压进行等时间间隔采样，将采样得到的实时电压采样数据得到电压实时采样曲线，根据电压实时采样曲线的正弦波的周期性，在正弦交流电路中出现电压陷波时，所述电压实时采样曲线发生变化，从而得到区间，从而判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波，并基于此，判定基于电压陷波的特征进行预警，解决了现有技术无法针对电压陷波提出一种有效的检测与预警方式。

2、本申请在电压陷波发生时，在电压实时采样曲线上发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，从而实现对电压陷波的采样点的位置的准确检测，从而提高本申请的准确性，并判断出是否存在周期电压陷波，并对电压陷波的包括宽度、深度和面积在内的特征进行计算，并进行相应的处理，从而进行相应地提醒，方便物联网平台对电压陷波的管理。

附图说明

图1为本发明提供的实时采样曲线图。

图2为本发明提供的含有谐波的实时采样曲线图。

图3为本发明提供的实时电压采样曲线及每周期采样之和曲线图。

图4为本发明提供的含有谐波的电压实时采样曲线和每周期采样数据之和曲线图。

图5为本发明提供的电压陷波位置具体判定示意图。

图6为本发明提供的含有谐波畸变波形的电压陷波位置判定示意图。

图7为本发明提供的电压陷波宽度、深度、面积求取示意图。

图8为本发明提供的含有谐波时电压陷波位置的求取示意图。

图9为本发明提供的基于物联网的电压陷波快速预警方法的流程示意图。

图10为本发明提供的基于物联网的电压陷波快速预警装置的模型示意图。

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。

请参阅图1-图9，本发明提供一种新的技术方案：物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法，所述快速检测与预警方法包括以下具体步骤：

S1、对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线。

具体地，所述预警方法物联网智能断路器实现，在步骤S1所述的正弦交流电路与所述物联网智能断路器连接，通过物联网智能断路器的断口的开断与闭合控制所述正弦交流电路的负荷接入与断开。

具体地，基于所述步骤S1，所述物联网智能断路器中内置交流电压采样回路，所述交流电压采样回路对所述正弦交流电路的电压进行等时间间隔采样，将采样得到的实时电压采样数据存储在所述物联网智能断路器中，即所述物联网断路器具备存储功能，若所述正弦交流电路中无干扰存在时得到的电压实时采样曲线为光滑的正弦波，而若所述正弦交流电路中有谐波或干扰或电压陷波存在时，则所述电压实时采样曲线为不平整的正弦波，如图1-2中的正弦波所示。

S2、若所述正弦交流电路发生电压陷波，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间。

具体地，所述正弦交流电路发生电压陷波，则所述电压实时采样曲线的波形发生变化，如图1-2所示，在图1中，未发生电压陷波时，电压实时采样曲线的每周期波形光滑且对称，当采样值到达313点后发生电压陷波，出现了拐点、凹陷和极小值；在图2中，由于电路存在谐波，正常采样时的曲线就发生畸变，出现几个不同的拐点、凹陷和极小值，当到达313点后发生电压陷波时，又增加了一个拐点、凹陷和极小值；虽然谐波引起了不同的拐点、凹陷和极值，但由于谐波的周期性和对称性，在一个完整的周期内的采样数据之和将几乎为零，而电压陷波引起的拐点、凹陷和极值由于没有对称性，因此在一个完整的周期内的采样数据之和将不会为零而超过某一定值，这样可以区别并消除谐波的影响，区分后，如在所述电压实时采样曲线上出现不同的拐点、凹凸特性和极值且拐点、凹凸特性和极值在同一个周期内不具备对称性，即判定此时所述正弦交流电路负荷接有整流器件，在换相时出现电压换相缺口电压陷波，所述交流电压采样回路采样得到的所述实时电压采样数据上也存在电压陷波，如图1-图2所示，根据所述电压实时采样曲线的正弦波的周期性，获取所述电压实时采样曲线上每周期采样数据之和的超值部分，即为发生的电压陷波的区间。

进一步地，所述步骤S2中的基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间，包括：

对实时电压采样曲线的每个周期的实时电压采样数据求和，其中为每个周期的采样点数，/>为电压采样数据，当正弦交流电路发生电压陷波时，则电压采样数据之和/>，若/>，则认定区间有可能发生电压陷波现象，其中/>为电压陷波扰动区间阈值。

具体地，未发生电压陷波时，无论采样的窗口如何截取，截取的正弦周期函数每个周期的实时电压采样数据之和应为零，即；/>为每个周期的采样点数；当实时电压采样数据包含不同的高次谐波干扰，但因正弦波的周期的特性，其采样数据之和也近似为零；当实时电压采样数据发生电压陷波或叫电压换相缺口时，由于电压陷波的非对称性，则实时电压采样数据之和不会近似等于零，即/>，必然有一个不为零的数值；当该实时电压采样数据之和大于每周期采样数据之和阈值定值/>时，判定所述区间极有可能发生电压陷波现象，其中极有可能是因为还有可能出现随机干扰，这种干扰是不可避免的，干扰也可引起采样值之和不为零，因此不能一下就判定为电压陷波区间，只能定义为可能的电压陷波扰动区间，然后进一步判定，若不考虑随机干扰的存在，则判定所述区间存在电压陷波现象，即：/>，进入电压陷波区间的判定，如图3、图4所示，在图3、图4所示中系列1为电压实时采样曲线，系列2为每周期采样数据之和曲线，而电压实时采样曲线的下凹部分即为/>的部分为可能发生了电压陷波的实际区间；在可能发生的电压陷波区间，电压陷波出现必然引起波形畸变，但谐波也引起波形畸变，因此需进一步进行对称性分析，由于谐波的周期性和对称性，在一个完整的周期内的采样数据之和将几乎为零，而电压陷波引起的拐点、凹陷和极值由于没有对称性，因此在一个完整的周期内的采样值之和将不会为零而超过某一定值，这样可以区别并消除谐波的影响；或者由于谐波的周期性和对称性，在一个完整的周期内的采样数据之和将几乎为零，因此/>和/>判据自然而然避免了谐波引起的干扰。

S3、基于所述区间，得到发生所述电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到所述电压陷波的特征。

具体地，根据所述区间，在所述实时电压采样曲线上根据波形的周期性，得到电压陷波的超前半周位置和具体位置，并得到电压陷波的特征，其中所述特征包括宽度、深度、面积。

进一步地，所述步骤S3中的基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，包括：

从满足区间的第一个采样点的采样数据开始，与它对应的半个周期后的采样点的采样数据进行相加得到第一个采样点位置的判定数据/>，令超过阈值定值部分记录为电压陷波的不对称具体位置采样数据点，即/>，其中/>为电压陷波半周对应采样数据之和的阈值定值，则第一个采样点即为电压陷波的超前半周位置，半个周期后的采样点即为即为电压陷波的具体位置。

具体地，对满足区间的实时电压采样数据进行半周对称性分析，从满足条件的第一个采样点数据开始，找到与它对应的半个周期后的采样数据，进行相加，记录为第一个采样点位置的判定数据，即/>，当/>，/>为电压陷波半周对应采样数据之和的阈值定值，超过/>阈值定值部分记录为电压陷波的不对称具体位置采样点数据；由于是半周对称性分析，因此一个实际电压陷波将有两个超值部分，如图5、图6中系列2的波形中下三角超值部分，其中第一个超值判定出的电压陷波位置超前实际电压陷波位置半个周期，第二个超值判定出的为实际电压陷波，这样一个实际电压陷波，将有两个超值判定部分，一个位于电压陷波起始点的前半个周期，一个是实际的电压陷波位置，如图5、图6中系列2中的三角波对采样数据为正弦波判定所示，对应电压实时采样曲线中的电压陷波位置，在它的前半周和自身位置都有超值的三角波波形上三角电压陷波判定数据，一个电压陷波两个超值判定部分，其中第一个超前实际电压陷波半个周期，也就是说，在实际判定时，在采集到采样数据时，即可进行及时分析判定了，提高了分析的时效性。

进一步地，所述步骤S3中的基于所述具体位置得到电压陷波的特征，所述特征包括宽度、深度和面积，包括：

基于区间内的实时电压采样数据所对应的电压实时采样曲线中每个局部波形的拐点进行采集，基于拐点得到电压陷波的宽度、深度和面积，电压陷波宽度为，表示为实时电压采样曲线上采样数据/>和/>的实际采样时间间隔，电压陷波深度为，电压陷波面积为/>，其中i为实时电压采样曲线上周期的数量，a为代表换相切口开始时的采样点，z为代表换相切口结束时的采样点。

具体地，取满足的区间数据，找出满足/>的具体数据和两侧相邻的数据进行分析，找出每个局部波形的单调增减部分与拐点；如电压实时采样曲线在采样值/>到/>之间单调增，在/>到/>之间为单调减，在/>到/>之间为单调增，则/>、/>、/>都是曲线中的拐点，截取图5电压陷波部分的局部图，如图7所示：

波形在301个采样点过零起步，在第310个采样点处发生电压陷波的拐点，记为，在第314个采样点处换相复归正常，记为/>，在第313个采样点处发生换相缺口的极值点，记为/>，由/>、/>、/>形成的三角形凹陷构成第一个周期电压陷波的面积；在第325个采样点到达极大值点，记为/>，在第375个采样点取得最小值，记为，在第400个采样点完成第一个周期采样数据；对第二个和第三个周期的采样数据，按照第一周期数据的分析方法，对找到的拐点、极值点和最大值、最小值分别记为/>、、/>、/>、/>，/>、/>、/>、/>，则电压陷波的宽度、深度和面积分别为/>、/>、/>

第一个周波的电压陷波宽度为采样值和/>的实际采样时间间隔，记为；电压陷波深度记为/>；电压陷波面积记为；第二个周波的电压陷波宽度为采样值/>和/>的实际采样时间间隔，记为/>；电压陷波深度记为/>；电压陷波面积记为；第三个周波的电压陷波宽度为采样值/>和/>的实际采样时间间隔，记为/>；电压陷波深度记为/>；电压陷波面积记为；

当电压采样曲线含有谐波时，波形虽然有畸变，但以上述方法还是很容易找到换相电压陷波的，如图8所示，找到了换相电压陷波的位置，具体值求法同上。

图1-图8中虚线代表的系列1都为电压实时采样曲线，实线代表的系列2在图3-图4中为每周期采样数据之和曲线，在图5-图8中为电压陷波位置判定曲线。

S4、基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波。

具体地，基于得到的所述区间，在所述区间内对发生的电压陷波进行持续性观察，若出现电压陷波在区间内的连续周期内出现，则表明此时的电压陷波一直存在，则将周期性的电压陷波进行记录。

进一步地，若存在三个连续性的所述电压陷波即判定为周期性电压陷波，即，/>，/>。

具体地，在所述电压陷波的特征存在，，，/>时，即发生电压陷波时连续三个周期的形状几乎一致时判定为发生了周期的电压陷波，此时进行电压陷波事件记录，并生成记录指令并存储在所述物联网智能断路器上，并输出至物联网平台，所述记录指令包括周期电压陷波和存储指令，所述物联网平台接收记录指令。

S5、若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警。

具体地，由于电压陷波存在周期电压陷波且电压陷波的特征超标时，会对输入的电压的准确性造成影响，故在此时所述物联网智能断路器生成预警指令，并将预警指令输出至物联网平台。

进一步地，所述步骤S5中电压陷波的特征满足以下条件时进行超标预警：

其中，为采样时间间隔，/>为电压有效值，/>为有效值面积，且/>、/>为预置的定值，当连续三个周期的电压陷波宽度/>，都大于三个采样间隔；电压陷波深度大于电压有效值1%；电压陷波的面积大于有效值面积的1%，即在判定发生了周期性电压陷波且超过标准阈值，表明整流器件在换相存在安全隐患，进行超值预警，所述物联网智能断路器生成预警指令并进行存储，所述预警指令包括周期电压陷波、超标的电压陷波特征以及存储指令，所述并将预警指令输出至物联网平台。

所述物联网智能断路器在进行超标预警之前，还进行超值提示。

进一步地，所述电压陷波在满足以下条件时进行超值提示：

。

即当连续三个周期的电压陷波宽度，都不大于三个采样间隔；所述电压陷波深度不大于电压有效值1%；电压陷波的面积不大于有效值面积的0.5%，故判定为发生周期性电压陷波超值，进行超值提示，所述物联网智能断路器生成提示指令并进行存储，所述提示指令输出周期电压陷波、满足条件的电压陷波特征以及存储指令，并将提示指令输出至物联网平台。

以上内容中存在的判定电压陷波的区间的阈值定值、判定电压陷波位置的阈值定值，包括但不限于电压陷波的宽度、深度和面积的超值提示阈值和超标预警阈值可以根据实际所接的负载特性进行调整设置，以满足不同换相器件负载要求。

本申请还提供了物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警装置，其特征在于，所述装置包括：采集模块、陷波模块、定位模块、判定模块、预警模块；

采集模块，用于对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线；

陷波模块，用于若所述正弦交流电路发生电压陷波，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间；

定位模块，用于基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到电压陷波的特征；

判定模块，用于基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波；

预警模块，用于若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警。

进一步地，所述快速检测与预警装置还包括提示模块，用于对所述电压陷波基于周期电压陷波与电压陷波的特征进行超值提示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法，其特征在于：所述快速检测与预警方法包括以下具体步骤：

S1、对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线；

S2、若所述正弦交流电路发生电压陷波，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间；

S3、基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到电压陷波的特征；

S4、基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波；

S5、若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警；

所述步骤S3中的基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，包括：

从满足区间的第一个采样点的采样数据开始，与它对应的半个周期后的采样点的采样数据进行相加得到第一个采样点位置的判定数据/>，令超过/>阈值定值部分记录为电压陷波的不对称具体位置采样数据点，即/>，其中/>为电压陷波半周对应采样数据之和的阈值定值，/>为电压陷波扰动区间阈值则第一个采样点即为电压陷波的超前半周位置，半个周期后的采样点即为电压陷波的具体位置；

所述步骤S2中的基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间，包括：

对实时电压采样曲线的每个周期的实时电压采样数据求和，其中/>为每个周期的采样点数，/>为电压采样数据，当正弦交流电路发生电压陷波时，则电压采样数据之和/>，若/>，则认定区间有可能发生电压陷波现象，其中/>为电压陷波扰动区间阈值。

2.根据权利要求1所述的物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法，其特征在于：若存在三个连续性的所述电压陷波即判定为周期性电压陷波，即，,/>，其中/>为第一个周波的电压陷波宽度，/>为第二个周波的电压陷波宽度，/>为第三个周波的电压陷波宽度，/>为第一个周波的电压陷波深度，/>第二个周波的电压陷波深度，/>为第三个周波的电压陷波深度，为第一个周波的电压陷波面积，/>为第二个周波的电压陷波面积，/>为第三个周波的电压陷波面积。

3.根据权利要求1所述的物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法，其特征在于，所述步骤S5中电压陷波的特征满足以下条件时进行超值预警：

其中，为采样间隔，/>为电压有效值，/>为有效值面积，/>，/>，/>分别为第i个周波的电压陷波宽度、第i个周波的电压陷波深度和第i个周波的电压陷波面积，i=1,2,3。

4.根据权利要求1所述的物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警方法，其特征在于，所述电压陷波在满足以下条件时进行超值提示：

其中，为采样间隔，/>为电压有效值，/>为有效值面积，/>，/>，/>分别为第i个周波的电压陷波宽度、第i个周波的电压陷波深度和第i个周波的电压陷波面积，i=1,2,3。

5.物联网智能断路器电压陷波快速检测与预警装置，其特征在于，所述快速检测与预警装置包括：采集模块、陷波模块、定位模块、判定模块、预警模块；

采集模块，用于对正弦交流电路的电压进行采样得到实时电压采样数据，基于所述实时电压采样数据得到电压实时采样曲线；

陷波模块，用于若发生电压陷波，则所述电压实时采样曲线发生变化，基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间；

定位模块，用于基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，基于所述具体位置得到电压陷波的特征；

判定模块，用于基于所述区间，判定正弦交流回路中是否存在周期性电压陷波；

预警模块，用于若存在所述周期性电压陷波且基于电压陷波的特征进行预警；

基于所述区间，得到发生电压陷波的超前半周位置和具体位置，包括：

从满足区间的第一个采样点的采样数据开始，与它对应的半个周期后的采样点的采样数据进行相加得到第一个采样点位置的判定数据/>，令超过/>阈值定值部分记录为电压陷波的不对称具体位置采样数据点，即/>，其中/>为电压陷波半周对应采样数据之和的阈值定值，则第一个采样点即为电压陷波的超前半周位置，半个周期后的采样点即为即为电压陷波的具体位置；

所述基于所述电压实时采样曲线获取发生电压陷波的区间，包括：

对实时电压采样曲线的每个周期的实时电压采样数据求和，其中/>为每个周期的采样点数，/>为电压采样数据，当正弦交流电路发生电压陷波时，则电压采样数据之和/>，若/>，则认定区间有可能发生电压陷波现象，其中/>为电压陷波扰动区间阈值。