專利名稱：一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
電力負(fù)荷、尤其是沖擊性負(fù)荷急劇增加，對(duì)電力系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變，增加了電網(wǎng)的不穩(wěn)定因素，給工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活造成了嚴(yán)重影響。電壓閃變是電能質(zhì)量的重要參數(shù)，是導(dǎo)致供、用電設(shè)備故障與失效的重要原因。對(duì)供、用電系統(tǒng)中的電壓閃變進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，可為研究閃變根源、抑制和消除電壓波動(dòng)和閃變的影響等提供科學(xué)依據(jù)。電壓波動(dòng)與閃變的檢測(cè)國(guó)內(nèi)外均依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，采用短時(shí)間閃變值Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt作為閃變的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但由于IEC在標(biāo)準(zhǔn)中僅給出了衡量閃變強(qiáng)弱量值的檢測(cè)原理框圖，并未對(duì)框圖實(shí)現(xiàn)進(jìn)行明確說明，各國(guó)學(xué)者運(yùn)用該框圖實(shí)現(xiàn)短時(shí)間閃變值Pst、長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt的計(jì)算方法各異?，F(xiàn)有電壓閃變測(cè)量方法主要有FFT/STFT方法、Hilbert變換方法、擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)、最小絕對(duì)值估計(jì)(LAV)方法、小波變換方法、基于數(shù)學(xué)形態(tài)濾波和Hilbert變換方法、并聯(lián)濾波器檢測(cè)法和平方檢測(cè)方法。采用這些方法進(jìn)行檢波可精確檢出閃變包絡(luò)信號(hào)，但這些方法運(yùn)算量大，嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)困難，難以滿足閃變參數(shù)快速檢測(cè)要求?；贔FT的閃變檢測(cè)算法，易于在DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)上實(shí)現(xiàn)，是當(dāng)今應(yīng)用廣泛采用的一種閃變參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、閃變值簡(jiǎn)化計(jì)算方法。在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓、電流畸變導(dǎo)致閃變頻率波動(dòng)，由于非同步采樣造成FFT算法存在頻譜泄露和柵欄效應(yīng)等問題，制約了閃變快速檢測(cè)的準(zhǔn)確度。而且，閃變包絡(luò)信號(hào)的參數(shù)提取受信號(hào)頻率、波形、幅值及采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等參數(shù)變化的影響，構(gòu)成閃變包絡(luò)參數(shù)的提取誤差。減少FFT算法的頻譜泄露和柵欄效應(yīng)影響、提高閃變包絡(luò)參數(shù)的檢測(cè)精度是閃變信號(hào)檢測(cè)和電能質(zhì)量管理中的難題?，F(xiàn)有專利文件“一種閃變實(shí)時(shí)計(jì)算方法”(201210363581.6)，“干擾負(fù)荷的閃變污染注入水平檢測(cè)方法”(201210179485.6)，“一種確定電壓閃變主要責(zé)任方的方法和裝置”(201110367781.4)，“一種測(cè)量電網(wǎng)電壓閃變的方法”(201110124225.4)，“基于數(shù)字同步載波相干解調(diào)技術(shù)的電壓波動(dòng)閃變測(cè)量方法”(200910076715.4)，“一種電壓閃變檢波方法”(200710144772.2)和“數(shù)字式電壓閃變測(cè)試儀”(91105178.3)等，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)精確定量地測(cè)量電力系統(tǒng)中電壓閃變值和判別干擾的責(zé)任方。雖然現(xiàn)有技術(shù)提供了一些電壓檢波與閃變測(cè)量的方法，但由于閃變信號(hào)具有多樣性、隨機(jī)性和多態(tài)性等特征，閃變頻率波動(dòng)造成的頻譜泄露和柵欄效應(yīng)依然存在，對(duì)包絡(luò)信號(hào)的提取和計(jì)算比較耗時(shí)；現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)電壓采樣序列采用固定長(zhǎng)度的余弦窗進(jìn)行FFT傅里葉變換，在閃變信號(hào)頻率、波形、幅值變化過大時(shí)，無法準(zhǔn)確獲得閃變電壓信號(hào)的頻率分量與幅值分量，因此實(shí)時(shí)、高精度的閃變信號(hào)檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法及裝置，其目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算速度慢，閃變信號(hào)頻率、波形、幅值變化過大時(shí)，無法準(zhǔn)確獲得閃變電壓信號(hào)的頻譜分量和波動(dòng)幅值的問題?；谀芰克阕雍皖l譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法，包括以下步驟:步驟1:設(shè)置固定采樣頻率fs和采樣點(diǎn)數(shù)N，其中，N為自然數(shù)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，獲得電壓閃變離散信號(hào)u(n)，利用Teager-Kaiser能量算子對(duì)u (η)提取包絡(luò)，即對(duì)u (η)進(jìn)行解調(diào)處理，得到包絡(luò)信號(hào)I (η)；
權(quán)利要求
1.一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:設(shè)置固定采樣頻率fs和采樣點(diǎn)數(shù)N，其中，N為自然數(shù)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，獲得電壓閃變離散信號(hào)u(n)，利用Teager-Kaiser能量算子對(duì)u(n)提取包絡(luò)，即對(duì)u (η)進(jìn)行解調(diào)處理，得到包絡(luò)信號(hào)UJn):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟I中所述的對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步采樣前，三相電網(wǎng)電壓、電流模擬信號(hào)分別接入電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和TA電阻取樣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法，其特征在于，步驟I中所述的采樣頻率fs的取值范圍是400Hz 52KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法，其特征在于，步驟2中所述的Kaiser窗函數(shù)的形狀參數(shù)β的取值范圍是20 50。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法，其特征在于，長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt由測(cè)量時(shí)間段內(nèi)測(cè)得的各短時(shí)間閃變值Pstk為:
6.一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)裝置，其特征在于，采用上述權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法檢測(cè)電壓波動(dòng)與閃變裝置，包括信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元；信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元依次相連； 其中，信號(hào)調(diào)理單元包括用于與電壓信號(hào)輸出端相連的電阻分壓調(diào)理電路、用于與電流信號(hào)相連的TA電阻取樣電路及同步ADC轉(zhuǎn)換器；電阻分壓調(diào)理電路和TA電阻取樣電路均與同步ADC轉(zhuǎn)換器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括Teager-Kaiser能量算子提取模塊、Kaiser窗頻譜校正模塊、視感度處理模塊及閃變信號(hào)排序統(tǒng)計(jì)模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元包括數(shù)據(jù)處理器、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器、通信電路及顯示模塊，時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器、通信電路及顯示模塊均與數(shù)據(jù)處理器相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理單元的同步ADC轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理單元采用SPI相連；其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元采用異步串行總線UART相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)裝置，其特征在于，所述同步ADC轉(zhuǎn)換器為ADS1178，所述數(shù)據(jù)處理單元采用TMS320VC6745/6747芯片，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元數(shù)據(jù)處理器采用PIC32MX460F512L，所述顯示模塊為256色TFT總線型觸摸液 晶屏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于能量算子和頻譜校正的電壓波動(dòng)與閃變檢測(cè)方法及裝置，通過利用Teager-Kaiser能量算子提取電壓閃變信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)，加快運(yùn)算速度，克服閃變包絡(luò)信號(hào)提取時(shí)受信號(hào)頻率、波形、幅值及采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等參數(shù)變化的影響，實(shí)現(xiàn)閃變信號(hào)的快速實(shí)時(shí)檢測(cè)；采用可自由選擇主瓣寬度和旁瓣高度之間的比重的Kaiser窗函數(shù)對(duì)電壓閃變信號(hào)進(jìn)行改進(jìn)快速傅里葉變換頻譜校正分析，在閃變信號(hào)頻率、波形及幅值變化過大時(shí)，準(zhǔn)確獲得電壓閃變信號(hào)的頻率與幅值分量；基于該方法的裝置包括信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元；信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元依次相連；該檢測(cè)方法便于信號(hào)的快速實(shí)時(shí)檢測(cè)處理，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01R19/25GK103116064SQ201310048190
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者高云鵬, 李峰, 滕召勝, 姚文軒, 曹一家, 左培麗 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)