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专利号: 2020106923580
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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,其中,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fd,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;

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:‑At ‑Bt

v(t)=Vm(e ‑e )

其中,v(t)为时刻的电压值,Vm,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Tr,该时间也称为上升时间,通常情况下,Tr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Vp,即:条件三:双指数波形的能量Edouble等于暂态分量波形的能量E,即:其中,vk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γVp的时间TD,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;

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,Vn为铃声波形的峰值,令其等于暂态分量的峰值Vp,即:Vn=Vp;Tr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=fd;A为时间常数,为待求参数;

铃声波形的能量Ering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γVp时,对应的时间为振荡暂态的持续时间TD:

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Nw,即:Nw=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=NR×Nw‑τ1+1

其中,NR为周期数Ndiff的余数,Nw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VRMS(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ΔVRMS(i)的公式为:步骤(d)中,参考阈值和差分波形的分段有效值ΔVRMS(i)满足如下公式:ΔVRMS(i)>αVRMS(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ΔVRMS(i)更新步骤(b)中的VRMS(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ΔVRMS(i)>αVRMS(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)。