基于不完全s变换的电能扰动识别与定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统扰动识别与定位方法，尤其是涉及一种基于不完全S变换的 电能扰动识别与定位方法。
【背景技术】
[0002] 电力电子器件以及其他非线性负荷的广泛使用给电网带来诸如谐波、电压暂升、 电压暂降、电压中断和其它高频瞬态扰动等电能质量问题。为保证电力系统的稳定运行，必 须对其进行控制与处理。其中，识别并定位扰动方法是业界不断探寻的问题。
[0003] 目前，电能质量扰动信号分析的主要方法有快速傅里叶变换（FFT)、短时傅里叶变 换、神经网络、小波变换。
[0004] FFT只能了解信号的全局特性，不能反映信号频率随时间的变化规律，不具有时频 局部性，无法全面描述扰动信号的局部时变特征。
[0005] 短时傅里叶变换Dennis Gabor于1946年建立了短时傅里叶变换（Short Time Fourier Transform，STFT)，STFT算法简单，在电网谐波谱分析、电压暂降扰动检测等方面 取得了应用。但存在不可克服的缺陷：①同一信号不同窗函数的STFT结果相差很远；②信 号分析的时、频分辨率在窗函数选定后无法改变，只能固定分辨率，无法兼顾高频信息和低 频信息；③STFT的离散形式没有正交展开，很难实现高效算法。短时傅里叶变换虽然在一 定程度上克服了 FFT不具有局部分析能力的缺陷，可获得某一时刻的频率信息和某一频率 点的信号幅值信息，但其窗函数固定，无法自适应调节信号分析的时域、频域分辨率。
[0006] 神经网络需要进行网络训练，且需要大量先验信息，算法复杂度高，无法满足实时 性电能质量扰动信号分析需要。
[0007] S变换：1996年，Stockwell等人将连续WT和STFT结合，提出了 S变换时频分析 方法，将一维时间信号变成二维包含局部时频谱性质的时间-频率谱。S变换是由小波变换 和短时傅里叶结合发展起来的一种新型时频分析方法，以FFT - Gauss窗一IFFT为算法思 路建立时频分析变换，S变换利用Gauss窗的高度与频率成正比、宽度随频率的增大而变小 的特点，克服了 STFT窗固定的缺陷，可获得某一时刻的频率信息和某一频率点的信号幅值 信息，实现动态信号的时频特性分析。S变换克服了短时傅里叶变换窗口高度和宽度固定的 缺陷，计算复杂度低于小波变换和神经网络，大大提高扰动信号时频分析精度和实用性。近 年来，S变换备受重视，但处于发展中的S变换的不足也日渐显现。其中，S变换及其改进算 法的时频矩阵信息量非常大，计算繁琐，难以嵌入式实现。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于不完全S变换的电 能扰动识别与定位方法。
[0009] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0010] 一种基于不完全S变换的电能扰动识别与定位方法，包括下列步骤：
[0011] S1、设置系统参数过程，包括设置待测信号进行谐波分析的最高次数、设置待测信 号的采样频率及采样步长、设置用于判定信号扰动的判断阈值；
[0012] S2、信号低通滤波并采样过程，将待测信号进行低通滤波，并根据设定的采样频率 和采样步长对经过低通滤波的待测信号进行采样，得到待测信号h (η);
[0013] S3、不完全S变换过程，首先构建离散高斯窗，对待测信号h (η)进行不完全S变 换，求解得到特定谐波的幅值Μ(η);
[0014] S4、扰动判断过程，将上述特定谐波的幅值Μ(η)与所述判断阀值进行比较，检测 特定谐波是否发生信号扰动，若检测到存在特定谐波发生信号扰动，则转至下一步骤S5,若 各特定谐波均没有发生信号扰动，则结束此处扰动判断检测。
[0015] S5、扰动定位过程，确定信号扰动的发生时刻与终止时刻。
[0016] 优选的，所述不完全S变换只计算2Κ+1次谐波，以上谐波的频率为Β*(2Κ+1)Ηζ，其 中，K = 0, 1，2,…，并且2Κ+1 <所述待测信号进行谐波分析的最高次数，B为基准频率。
[0017] 优选的，所述步骤S5扰动定位过程具体包括：
[0018] S51、获取基频模向量Μ0,进行信号除噪处理以获得较平滑的信号幅值曲线；
[0019] S52、判断所述信号幅值曲线是否存在凸起或者凹陷以判断是否存在电压暂升或 暂降；
[0020] S53、若发生电压信号的暂升或暂降，设所述信号幅值曲线凸起的凸值或者凹下的 凹值为Peak，正常值为Standard，找出所述信号幅值曲线上对应值为（Peak+Standard)/2 的两个时间点，首次对应的时间点记为发生时刻，另一对应的时间点记为终止时刻。
[0021] 优选的，所述基准频率B取值为50Hz。
[0022] 优选的，所述判断阀值的取值为信号采集数据幅度的100+A%或者100-A%，其 中，A为判断阀值的取值幅度比例系数，A的取值区间为[8, 15]。
[0023] 优选的，所述判断阀值的取值幅度比例系数A = 10。
[0024] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0025] 1)本发明提出的基于改进不完全S变换的电能扰动识别与定位方法，能够极大简 化电能扰动分析所做的计算。
[0026] 2)具有计算量少，效率高和实用性强的特点，在精确度允许的范围内以较快的速 度对扰动进行识别与定位，使电力系统出现的电压扰动能够更快更及时的得到处理。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明中基于不完全S变换的电能扰动识别与定位方法流程图；
[0028] 图2是实例例中特定谐波扰动判断的步骤流程图；
[0029] 图3是实施例中暂升电压扰动信号的基频模向量及原始波形图；
[0030] 图4是实施例中暂升电压扰动信号加入3、5、7次谐波的变换结果图。
【具体实施方式】