专利名称：基于空间变换的电能扰动检测及分类方法
技术领域：
本发明涉及一种电能扰动检测及分类方法，尤其是一种基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，属于电力系统中电能质量分析技术领域。
背景技术：
电能质量是指允许电力系统正常工作运行的电特性。然而在现代电力系统中，随着电力电子设备越来越广泛的应用和敏感负荷的大量使用，电能质量污染问题日益严重，导致电力系统中存在大量诸如电压暂升、电压暂降、电压中断、暂态振荡、谐波以及其它高频瞬态扰动等电能质量干扰。而基于计算机系统的控制设备的普及，又对电能质量的要求不断提高。为解决这一日益突出的矛盾，我们需要对电能质量进行监控，一旦扰动发生，则需准确快速地对其进行处理。对电能质量进行监控和分析是发现电能质量问题并进行处理和改善的先决条件，而如何检测、提取并识别扰动信号又是电能质量监控和分析首先要解决的问题。一般意义上，任何导致电力系统电压或电流信号偏离理想正弦波的因素都可视为电能质量扰动。按照IEEE 1159-1995标准，在稳态下，电能扰动表现为稳态的暂时中断，电能扰动消失后，电力系统通常返回至正常状态或至一个新的稳态。按照持续时间电能扰动分为持续时间超过一分钟的长期扰动，持续一个信号周期以上的短期扰动，持续时间仅为毫秒、微妙级的瞬时扰动，以及稳态下可能长期存在的电压不平衡、直流分量偏移、谐波、 间谐波、次谐波、电压缺口、噪声、电压波动、基频漂移等。电能扰动通常表现为电压或电流波形的微小变化，且持续时间较短，因此如何准确地对扰动进行检测和定位一直是一个棘手问题。目前，文献中通常采用基于积分变换的方法检测电能扰动，如采用离散傅里叶变换和小波变换将信号变换至频域进行分析，中国专利号为20071005171. O公开的“一种基于信息融合的电能质量绕动自动识别方法及系统”也是采用这种方法。但离散傅里叶变换强于处理周期信号，无法对暂态信号进行跟踪，因为它必须在一个固定窗口内对信号进行处理，而电能扰动多为非周期信号。与离散傅里叶变换不同，小波变换在低频段用高的频率分辨率和低的时间分辨率，而在高频段则用低的频率分辨率和高的时间分辨率，因而能更有效地从信号中提取信息。然而小波变换的积分计算成本无法避免，另外也无法反映信号在时域内的形状信息，而对于电能质量分析而言，信号的波形信息是非常重要的。其它基于频域的方法包括S变换、dq变换、Hilbert-Huang变换等，然而这些算法难以提取扰动信号的所有特征、缺乏扰动特征量的明确物理意义、难以判别复合扰动等缺陷仍然存在。也有文献提出采用均方根方法检测电能扰动，这种方法在一个较长窗口内计算信号的均方根，而瞬时扰动对计算结果的影响微乎其微，因此均方根方法仅对持续一个信号周期以上的短期扰动和持续时间超过一分钟的长期扰动有效，而对于持续时间较短的瞬时扰动则无能为力。至于电能扰动的分类问题，目前主要采用的是人工智能算法，例如神经网络、专家系统等。不同的文献提出了不同的分类算法和与之配套的检测算法，能够提供较为满意的结果。然而，这些算法都依赖于对大量的数据进行训练，导致其在实际应用中的价值大大降低。也有文献提出基于图形识别的扰动分类方法，然而该方法仅能对扰动的图形特征做简单直观的描述，无法提供自动分类结果，分类过程中仍需人工参与。因此，我们需要开发一种能够对电能扰动，特别是瞬时扰动，进行快速准确的检测、定位和分类的新方法。
发明内容
本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种可以在线检测及分类，能处理电能质量信号多于一个扰动的情况，且准确率高的基于空间变换的电能扰动检测及分类方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，其特征在于包括以下步骤I)数据采集
利用电压互感器采集现场电能质量信号数据，通过电压互感器与数据采集卡连接，并由数据采集卡转换为数字信号发送至上位机；2)电能扰动检测2. I)在上位机中，采用嵌入定理及非线性坐标变换技术将一维电能质量信号映射至三维相空间，对该相空间内的每一个点进行检测，若检测有扰动，执行步骤2.2);2. 2)根据电能质量信号在相空间平面上的投影形状判断基波频率是否发生漂移，并计算基波频率，在该基波频率的基础上再对电能质量信号进行空间变换，通过计算相空间信号与投影平面原点间欧氏距离检测暂态扰动；3)电能扰动分类检测到暂态扰动后，记录扰动持续时间及幅度作为特征值，按照IEEE 1159标准对检测到的暂态扰动进行分类。作为一种优选方案，步骤2. I)具体步骤如下2. I. I)采用嵌入定理进行空间变换，将一维电能质量信号i =Xj变换至三维相空间，即时域中IXn的时间序列变换为相空间中3Xm的矩阵，变换结果为
权利要求
1.基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，其特征在于包括以下步骤 1)数据采集 利用电压互感器采集现场电能质量信号数据，通过电压互感器与数据采集卡连接，并由数据采集卡转换为数字信号发送至上位机； 2)电能扰动检测 2.I)在上位机中，采用嵌入定理及非线性坐标变换技术将一维电能质量信号映射至三维相空间，对该相空间内的每一个点进行检测，若检测有扰动，执行步骤2. 2)； 2.2)根据电能质量信号在相空间平面上的投影形状判断基波频率是否发生漂移，并计算基波频率，在该基波频率的基础上再对电能质量信号进行空间变换，通过计算相空间信号与投影平面原点间欧氏距离检测暂态扰动； 3)电能扰动分类 检测到暂态扰动后，记录扰动持续时间及幅度作为特征值，按照IEEE 1159标准对检测到的暂态扰动进行分类。
2.根据权利要求I所述的基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，其特征在于步骤2. I)具体步骤如下 2.I. I)采用嵌入定理进行空间变换，将一维电能质量信号1 = 1 ,A，…变换至三维相空间，即时域中IXn的时间序列变换为相空间中3Xm的矩阵，变换结果为
3.根据权利要求2所述的基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，其特征在于步骤2. 2)具体步骤如下 .2.2. I)若电能质量信号在尽巧平面上的投影为线段，则无基波频率漂移；若投影为椭圆，则发生基波频率漂移，将基波频率为f’的正弦信号按T=l/(4fAt)嵌入至三维相空间得到
4.根据权利要求3所述的基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，其特征在于步骤3)具体步骤如下 .3.I)检测到暂态扰动后，记录一组符合E值和ζ值超出阈值范围条件的采样点，以扰动持续时间及幅度作为特征值，若扰动持续时间小于1/4周期，且幅度小于lpu，判定为脉冲扰动；否则，执行步骤3. 2); . 3.2)若扰动持续时间为l-4ms，且幅度为O. 2-0. 6pu，判定为电压缺口 ；否则，执行步骤.3. 3)； .3.3)若扰动持续时间为O. 3-50ms，且幅度小于4pu，判定为暂态震荡；否则，执行步骤.3.4)； . 3.4)若扰动持续时间为O. 5-30周期，且幅度为O. 1-0. 9pu，判定为电压暂升；否则，执行步骤3. 5)； .3.5)若扰动持续时间为O. 5-30周期，且幅度为I. 1-1. 8pu，判定为电压暂降；否则，执行步骤3. 6)；.3.6)若扰动持续时间为O. 5-150周期，且幅度小于O. lpu，判定为电压中断；否则，判定只有噪声扰动。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，其特征在于所述上位机为工控机或PC机。
全文摘要
本发明公开了一种基于空间变换的电能扰动检测及分类方法，包括以下步骤1)利用电压互感器采集现场电能质量信号数据，通过电压互感器与数据采集卡连接，并由数据采集卡转换为数字信号发送到上位机；2)在上位机采用嵌入定理及非线性坐标变换技术将一维电能质量信号映射至三维相空间，对该相空间内的每一个点进行检测，根据电能质量信号在三维相空间平面上的投影形状判断基波频率是否发生漂移，并计算基波频率，通过计算相空间信号与投影平面原点间欧氏距离检测暂态扰动；3)检测到暂态扰动后，记录扰动持续时间及幅度作为特征值，对检测到的暂态扰动进行分类。本发明可以在线检测及分类，能处理电能质量信号多于一个扰动的情况，且准确率高。
文档编号G01R31/00GK102944773SQ201210421180
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者吴青华, 季天瑶 申请人:华南理工大学