一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法和系统

技术领域

本申请涉及电压暂降检测技术领域，尤其涉及一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法和系统。

背景技术

电压暂降问题是电力系统最为主要的电能质量问题之一，中国电能质量标准GB/T30137-2013电能质量电压暂降与短时中断中规定电压暂降为电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u～0.9p.u，并在短暂持续10ms～1min后恢复正常的现象，IEEE对其的定义中幅值与中国电能质量标准一致，持续时间测定为0.5～30个周波时间。

随着分布式电源、非线性负荷在配电网的渗透率越来越高，电压暂降问题日渐受到关注，快速、准确地对受现场干扰严重影响的电压暂降信号进行检测，具有重要的研究意义和工程实用价值。目前用于电压暂降检测的方法有：基于小波分析的方法、基于数学形态学的方法、基于Hilbert变换的方法、基于S变换的方法。而这些方法存在计算量大、特征提取受干扰影响大的问题，虽然目前提出了基于αβ变换或dq变换计算电压暂降的特征量的方法来以降低计算量，但是这类方法对同步采样的要求较高，一旦信号采样过程受干扰影响导致锁相不成功、延时等问题，或者检测点过零点易受干扰影响，都会存在检测精度不高等问题。因此，本申请提出一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法，用于减少计算量，降低对同步采样性能的依赖性，并降低干扰，提高检测准确性。

发明内容

本申请提供了一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法和系统，用于解决现有的电压暂降检测方法计算量大、对同步采样性能的依赖性高的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法，包括：

获取待检测的电压暂降波形；

采用参数自适应滑动平均滤波器对待检测的电压暂降波形进行滤波，得到平滑电压暂降波形；

对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量，电压暂降特征量包括幅值、持续时间和相位跳变大小；

其中，对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量的方法包括：

对平滑电压暂降波形进行离散化；

利用基波正弦信号和基波余弦信号对离散化后的平滑电压暂降波形分别进行正交变换；

使用低通滤波器滤除正交变换后的波形的高频信号，获得平滑电压暂降波形的幅值特征量和持续时间特征量；

在暂降发生前或暂降持续过程中取k个采样间隔，计算由频率偏差引起的相位平均偏差，根据相位平均偏差计算相位跳变特征量。

可选地，参数自适应滑动平均滤波器为：

N

N

其中，x(k-i)为输入信号，

可选地，T

可选地，待检测的电压暂降波形由电压暂降在线监测装置或基于数值仿真软件生成。

可选地，相位平均偏差为：

其中，θ(n)为当前检测点和初始相位的偏移量，θ(n-k)为当前检测点和k个采样间隔点相位的偏移量，ΔωT为暂降持续过程中由于频率偏差引起的一个采样周期的相位偏差量。

本申请第二方面提供了一种基于坐标变换的电压暂降快速检测系统，包括：

获取单元，用于获取待检测的电压暂降波形；

滤波单元，用于采用参数自适应滑动平均滤波器对待检测的电压暂降波形进行滤波，得到平滑电压暂降波形；

变换单元，用于对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量，电压暂降特征量包括幅值、持续时间和相位跳变大小；

其中，对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量的方法包括：

对平滑电压暂降波形进行离散化；

利用基波正弦信号和基波余弦信号对离散化后的平滑电压暂降波形分别进行正交变换；

使用低通滤波器滤除正交变换后的波形的高频信号，获得平滑电压暂降波形的幅值特征量和持续时间特征量；

在暂降发生前或暂降持续过程中取k个采样间隔，计算由频率偏差引起的相位平均偏差，根据相位平均偏差计算相位跳变特征量。

可选地，参数自适应滑动平均滤波器为：

N

N

其中，x(k-i)为输入信号，

可选地，T

可选地，待检测的电压暂降波形由电压暂降在线监测装置或基于数值仿真软件生成。

可选地，相位平均偏差为：

其中，θ(n)为当前检测点和初始相位的偏移量，θ(n-k)为当前检测点和k个采样间隔点相位的偏移量，ΔωT为暂降持续过程中由于频率偏差引起的一个采样周期的相位偏差量。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供的基于坐标变换的电压暂降快速检测方法，获取待检测的电压暂降波形，通过参数自适应滑动平均滤波器对电压暂降波形进行滤波，避免噪声、频率偏移和幅值波动的影响，并基于坐标变换原理，设计了不受同步采样失效影响的坐标变换方法得到电压暂降特征量，进而提高检测精度，具有检测计算量小、对同步采样性能依赖性低和检测精度较高的优势，更具适应性，且提取电压暂降特征具有抗干扰能力强的特点，解决了现有的电压暂降检测方法计算量大、对同步采样性能的依赖性高的技术问题。

附图说明

为了更清楚的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作简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中提供的系统频率不变时电压暂降检测的幅值检测结果比对；

图3为本申请实施例中提供的系统频率不变时电压暂降检测的相位跳变角检测结果比对；

图4为本申请实施例中提供的系统频率变化时电压暂降检测的幅值检测结果比对；

图5为本申请实施例中提供的系统频率变化时电压暂降检测的相位跳变角检测结果比对。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例1

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种基于坐标变换的电压暂降快速检测方法的一个实施例，包括：

步骤101、获取待检测的电压暂降波形。

需要说明的是，首先待检测的电压暂降波形可以通过电压暂降在线监测装置或基于数值仿真软件生成，比如matlab等，生成待检测的电压暂态波形。

步骤102、采用参数自适应滑动平均滤波器对待检测的电压暂降波形进行滤波，得到平滑电压暂降波形。

为提高检测精度，采用参数自适应滑动平均滤波器对噪声、频率偏移、幅值波动的影响进行滤波。

步骤103、对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量，电压暂降特征量包括幅值、持续时间和相位跳变大小。

需要说明的是，对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量的方法包括：

对平滑电压暂降波形进行离散化；

利用基波正弦信号和基波余弦信号对离散化后的平滑电压暂降波形分别进行正交变换；

使用低通滤波器滤除正交变换后的波形的高频信号，获得平滑电压暂降波形的幅值特征量和持续时间特征量；

在暂降发生前或暂降持续过程中取k个采样间隔，计算由频率偏差引起的相位平均偏差，根据相位平均偏差计算相位跳变特征量。

以单相电压

将单项电压

其中，T为采样周期，n为离散化后的采样点，U为电压幅值，ω为角频率。

利用基波正、余弦信号(角频率为ω

其中，Δω＝(ω-ω

选择合适的低通滤波器，将u

考虑到实际电网往往伴随有频率的小幅度偏移及相位跳变，频率偏移、相位跳变等影响会导致相位偏差的出现，用下式表示：

其中，

因为实际电力系统运行时的频率一般维持在50±0.5Hz范围内，因此Δω

在暂降发生前或暂降持续过程中去k个采样间隔，则由频率偏差引起的相位平均偏差为：

假设当被测电压信号突然发生相位跳变为

其中，n表示当前检测点和初始相位的偏移量，ΔωT表示暂降持续过程中由于频率偏差引起的一个采样周期的相位偏差量。

联立以上公式可得到dq旋转坐标系上的两个分量u

参数自适应滑动平均滤波器选为(Moving Average Filter，MAF)，表达式为：

其中，x(τ)为输入信号，

对以上滤波器表达式进行分析可知，MAF的滤波性能受到其窗宽周期T

经过离散化后的MAF频率响应特性为：

其中，n为采样点数，且n＝f

MAF的传递函数可推导为：

令s＝jω，可以得到MAF的幅频与相频特性：

由上式可知，当ωT

由于MAF的输入信号是离散的，因此在使用过程中，将

其中,N为MAF的窗宽。

更进一步地，参数自适应滑动平均滤波器的生成方法为：

设计可随信号频率的波动而变化的T

N

其中，floor(·)为向下取整函数。

将能够表示取整时小数部分的变量α代入式

N

其中，ceil(·)为向上取整函数。

依据非同步采样检测算法的原理，对低通滤波器参数自适应算法进行分析，当T

本申请实施例提供的基于坐标变换的电压暂降快速检测方法，获取待检测的电压暂降波形，通过参数自适应滑动平均滤波器对电压暂降波形进行滤波，避免噪声、频率偏移和幅值波动的影响，并基于坐标变换原理，设计了不受同步采样失效影响的坐标变换方法得到电压暂降特征量，进而提高检测精度，具有检测计算量小、对同步采样性能依赖性低和检测精度较高的优势，更具适应性，且提取电压暂降特征具有抗干扰能力强的特点，解决了现有的电压暂降检测方法计算量大、对同步采样性能的依赖性高的技术问题。

为了更好地说明本申请实施例中提供的方法的效果，本申请中将本申请实施例中提供的方法与当前广泛应用的延时90°的αβ变换法进行比较，利用Matlab进行仿真。

仿真中设定单相电压幅值为220V，基波频率为50Hz，信号的采样频率为12.8kHz(每周期采样256点)。考虑到实际电力系统往往伴有一定谐波分量，且以奇次谐波为主，为验证谐波分量对检测结果的影响，在理想220V电压波形上一定的谐波。采用MAF作为低通滤波器，而αβ变换法选用截止频率为100Hz的二阶巴特沃斯低通滤波器。

全程系统频率保持不变的仿真。此仿真过程：1)全程叠加10％的3次谐波、5％的5次谐波与3％的7次谐波；2)在0.12s时发生暂降深度为50％，相位跳变角为30°的电压暂降，暂降持续时间为0.04s；3)电压暂降期间频率不变。

由图2至图3可知，1)由于无频率偏移的干扰，两种方法基本可以检测到电压暂降的起、止时间；2)由于h次谐波经过αβ变换法后会转换成h-1次振荡信号的叠加，影响检测精度；但利用MAF可有效地滤除由谐波引起的振荡信号，大大增加了检测精度；3)滤波器的延时作用使得两种方法的检测时间相近。

频率发生变换的仿真。此仿真过程：1)暂降前信号无谐波叠加，频率为50Hz；2)发生暂降时，系统频率变为50.5Hz，同时伴有10％的3次谐波、5％的5次谐波与3％的7次谐波；而且电压暂降深度为50％，相位跳变角为30°，暂降持续时间为0.05s；3)暂降结束后系统频率维持50.5Hz，无谐波叠加。

由图4至图5可知，1)由于频率偏移的干扰，αβ变换法的相位跳变角的检测会产生明显的误差，而本申请的方法不受影响；2)对于谐波的干扰，本发明方法仍能有效处理，而αβ变换法的结果失去了参考价值。

实施例2

本申请中提供了一种基于坐标变换的电压暂降快速检测系统的实施例，包括：

获取单元，用于获取待检测的电压暂降波形；

滤波单元，用于采用参数自适应滑动平均滤波器对待检测的电压暂降波形进行滤波，得到平滑电压暂降波形；

变换单元，用于对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量，电压暂降特征量包括幅值、持续时间和相位跳变大小；

其中，对平滑电压暂降波形进行坐标变换，得到电压暂降特征量的方法包括：

对平滑电压暂降波形进行离散化；

利用基波正弦信号和基波余弦信号对离散化后的平滑电压暂降波形分别进行正交变换；

使用低通滤波器滤除正交变换后的波形的高频信号，获得平滑电压暂降波形的幅值特征量和持续时间特征量；

在暂降发生前或暂降持续过程中取k个采样间隔，计算由频率偏差引起的相位平均偏差，根据相位平均偏差计算相位跳变特征量。

参数自适应滑动平均滤波器为：

N

N

其中，x(k-i)为输入信号，

T

待检测的电压暂降波形由基于数值仿软件生成。

相位平均偏差为：

其中，θ(n)为当前检测点和初始相位的偏移量，θ(n-k)为当前检测点和k个采样间隔点相位的偏移量，ΔωT为暂降持续过程中由于频率偏差引起的一个采样周期的相位偏差量。

本申请实施例提供的基于坐标变换的电压暂降快速检测系统，获取待检测的电压暂降波形，通过参数自适应滑动平均滤波器对电压暂降波形进行滤波，避免噪声、频率偏移和幅值波动的影响，并基于坐标变换原理，设计了不受同步采样失效影响的坐标变换方法得到电压暂降特征量，进而提高检测精度，具有检测计算量小、对同步采样性能依赖性低和检测精度较高的优势，更具适应性，且提取电压暂降特征具有抗干扰能力强的特点，解决了现有的电压暂降检测方法计算量大、对同步采样性能的依赖性高的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。