[發明專利]一種復合電能質量擾動信號的識別方法

在審

• 申請號: 201410193729.5
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104034974A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 張葛祥;趙俊博;劉德建
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R23/16
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

1.一種復合電能質量擾動信號的識別方法，其特征在于,包括如下步驟：

S1、進行電能質量擾動信號的采集：采用電壓互感器采集電網中電能質量監測點的電能質量擾動信號，由此得到監測點含擾動的電壓信號U；

S2、提取電能質量擾動信號的特征向量，包括：

S21、采用總體經驗模態分解方法處理S1所述含擾動的電壓信號U，提取EEMD分解的有效模態特征量M₁,M₂，其中，M₁為EEMD分解得到的第一個模態的瞬時幅值最大值特征量，M₂為EEMD分解得到的第一個模態各點取模后的幅值之和；

S22、采用動態測度法處理S1所述擾動電壓信號U，提取信號頻率特征量N_f,N₁,N₂,N_h，其中，N_f為表征擾動信號是單頻信號還是多頻信號的特征量，N₁為表征諧波頻率點的特征量，N₂為表征是否含有整數倍基波頻率點特征量，N_h為表征頻譜高頻段是否含有主要頻率點的特征量，具體如下：

S221、將S1所述擾動電壓信號U進行快速傅里葉變換從而得到傅里葉變換的幅度譜A(f)；

S222、采用動態測度法找出主要頻率點并結合極值點包絡從幅度譜A(f)中提取特征N_f,N₁,N₂,N_h，具體過程如下：

S2221、設X₁和X_N為曲線f上的兩個不同的點，則曲線上這兩點之間的部分記作路徑P(X₁,X_N)，即P(X₁,X_N)＝(X₁,X₂,...,X_N),其中,N為不為零的自然數；

S2222、路徑P(X₁,X_N)上最高點和最低點的高度差為路徑的動態測度，即，D_yn[P(X₁,X_N)]＝{sup(|h_alt(X_i)|-|h_alt(X_j)|)}，其中，X_i,X_j為曲線f上X₁和X_N之間的點，并且i,j∈[2,N-1]，sup表示上確界，h_alt表示高度；

S2223、設X_M為曲線f的一個極大點，當曲線上存在比X_M更高的極大點時，點X_M的動態測度等于點X_M通向與其同高度點的所有路徑中最小的路徑動態測度，即D_yn[X_M]＝{inf{D_yn[P(X_M,X_N)]}},其中，h_alt(X_M)＝h_alt(X_N)，inf表示下確界，P(X_M,X_N)表示曲線f上點X_M和點X_N之間的部分；

S2224、對極值點最大包絡求取動態測度后得到原始信號的動態測度譜A(w),振蕩擾動的振蕩頻率較高，則在動態測度譜中分布在高頻段，在尋找主要頻率點時如果極值點X_M的動態測度D_yn[X_M]滿足則極值點X_M對應的頻率為主要頻率點，頻率分析范圍為[a,b]即A(w)的高頻段，當高頻段存在主要頻率點,則N_h＝1，當高頻段不存在主要頻率點,則N_h＝0，其中，T_hr為設定的閾值，a為A(w)上的頻率點，b為A(w)上的頻率點，a＜b，X_max是最大極值點；

S2225、當擾動信號中含有諧波成分時，諧波成分所對應的頻率就會在動態測讀譜中呈現出來，當擾動信號的動態測度譜中存在滿足的主要頻率點所在頻率值為諧波頻率時且所述主要頻率點對應頻率為基頻的奇數倍，當N₁＝1則存在諧波成分，當N₁＝0則不存在諧波成分；

S2226、電壓尖峰中含有大量整數倍諧波成分，在動態測度法求取主要極值點時，當極值點X_M的動態測度D_yn[X_M]滿足則極值點X_M對應的頻率為主要頻率點，由于基波成分、諧波成分和部分振蕩暫態所對應的頻率在動態測度譜中也為主要頻率點，因此在對主要頻率點記數時應該去除這些主要頻率點的影響，若不計基波成分、諧波成分和部分振蕩暫態所對應的主要頻率點的影響的情況下仍有大量主要頻率點所在頻率為整數倍基頻,當N₂＝1則存在整數倍基波頻率點，當N₂＝0則不存在整數倍基波頻率點；

S2227、在S2224、S2225和S2226的基礎上確定特征量N_f，當同時滿足N₁＝0,N₂＝0,N_h＝0，則用N_f＝0來表示擾動信號的動態測度譜中只含基波成分所對應的一個主要頻率點，否則用N_f＝1來表示；

S23、采用S變換處理S1所述擾動電壓信號U得到模時頻矩陣，從所述模時頻矩陣中提取S變換特征量S_M,S_av,S_min,S_max,S_std，其中，S_M為S變換矩陣高頻部分最大幅值特征量，S_av為S變換矩陣對應基頻幅值的均值量，S_min為S變換矩陣對應基頻幅值最小特征量，S_max為S變換矩陣對應基頻幅值最大特征量，S_std為S變換矩陣對應基頻幅值標準差特征量，具體如下：

S231、定義S變換模時頻矩陣基頻成分處對應的幅值隨時間變化的曲線J(l)＝S_j(l,f_b)，S變換模時頻矩陣基頻幅值均值特征為其中，l表示采樣點，L為總采樣點數，f_b表示基本頻率，S_av反應信號基頻成分的幅值變化情況；

S232、電壓暫升、暫降和中斷呈現出幅值的升高或降低，這些擾動都為基頻擾動，其造成的信號幅值變化反應在S變換模時頻矩陣的基頻部分，基頻幅值最小值特征量S_min和最大值特征量S_max能夠表征基頻幅值變化程度，從而反應信號成分，可輔助分析電壓信號中是否含有電壓暫升、暫將和中斷；

S233、當基頻幅值變化時通過基頻幅值標準差特征量S_min和最大值特征量S_max可反應基頻幅值的變化情況，防止由基頻曲線中存在噪聲點而造成的最小值特征量S_min和最大值特征量S_max對信號的錯誤分類；

S3、根據S2所述電能質量擾動信號的特征進行電能質量擾動信號分類，具體如下：

S31、構建基于規則基“IF-THEN”的分類器軟件模塊；

S32、將S2所述電能質量擾動信號的特征向量T輸入分類器，自動識別出24種電能質量擾動信號的類型，其中，T＝[M₁,M₂,N_f,N₁,N₂,N_h,S_M,S_av,S_min,S_max,S_std]，24種電能質量擾動信號包含8種單一電能質量擾動和16種復合電能質量擾動，所述單一電能質量擾動包含電壓尖峰R₁、脈沖暫態R₂、電壓中斷R₃、電壓暫降R₄、電壓暫升R₅、振蕩暫態R₆、諧波R₇和電壓波動R₈，所述復合電能質量擾動為R₂&R₅、R₂&R₄、R₂&R₃、R₂&R₈、R₃&R₈、R₄&R₈、R₅&R₈、R₃&R₆、R₄&R₆、R₅&R₆、R₃&R₇、R₄&R₇、R₅&R₇、R₇&R₂、R₇&R₆、R₇&R₈。