[發明專利]一種電壓暫降檢測與刻畫的自動分段方法

在審

• 申請號: 201710874004.6
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107462764A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 俞友誼;葉細寶;任小寶;金耘嶺;姚東方
• 申請（專利權）人: 南京燦能電力自動化股份有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京瑞思知識產權代理事務所(普通合伙)11341
• 代理人: 李濤

技術領域

本發明涉及電壓暫降檢測領域，具體涉及一種基于奇異值分解的過渡段自動識別和電壓暫降多維特征刻畫的電壓暫降檢測與刻畫方法。

背景技術

隨著計算機、自動化和電力電子等高新技術在各行業的大量采用，許多自動化生產線和敏感用電設備對供電系統難以避免的電壓暫降事件越來越敏感，給用戶造成了巨大損失，使電壓暫降成為了工業界和學術界關注的重點。為更好地理解和認識電壓暫降，對其監測并刻畫相關特征是最直接有效的途徑，具有重要理論價值和現實意義。

電壓暫降被定義為供電側工頻電壓有效值短時間內突然下降然后自動恢復的電能質量擾動事件。國內外對電壓暫降檢測算法和特征刻畫已開展大量研究。如：IEC 61000-4-30、IEEE 1159-2009和IEEE 1564-2014等標準分別對暫降特征進行了定義，并建議了檢測算法，但這些標準中僅采用暫降幅值和持續時間刻畫電壓暫降事件，這樣的刻畫方法只能反映統計意義上的總體特征。實際上，兩個幅值與持續時間完全一致的暫降對敏感用戶設備造成的影響可能完全不同，可見基于現有暫降特征對于更大范圍內的暫降事件無法進一步區分，僅靠現有暫降特征對暫降事件刻畫會造成暫降信息的缺失。

電壓暫降檢測領域常用算法可分為均方根值法、時頻分析法和矢量變換方法等幾類，均方根值方法采用一個窗口或半個窗口數據進行有效值計算，方法簡單快速，但是無法檢測電壓相位，造成大量暫降信息缺失，敏感用戶關心的相位跳變、波形起始點等特征無法計算。時頻分析方法主要包括快速傅里葉變換，小波變換和S變換等方法，這類方法能夠計算相位跳變等特征但由于需要一個窗口的數據進行計算，因此受歷史數據影響存在一定延時，對暫降起止時刻的檢測精度不高，且算法計算量通常較大，難以在裝置上實現。矢量變換方法主要包括dq0變換以及在此基礎上發展改進的單相dq變換、延時求導dq變換和雙dq變換等，這類方法實時性好，能計算電壓相位，但是檢測算法準確性受直流分量提取方法的影響。

不同敏感設備對不同暫降特征的敏感特性不同。例如，接觸器鐵芯的功率因數為滯后功率因數，接觸器對暫降開始的90°相位角最為敏感，對開始時的0°相位角最不敏感，因此接觸器特性受暫降開始時刻波形點的影響。此外，帶有相位跳變的電壓暫降通常導致不可控整流器產生大電流，這些電流會致使這些特殊的半導體保護熔斷器熔斷，或損壞電力電子元件。隨著新型用電設備的大量使用以及對暫降特性認知的不斷推進，僅靠“暫降幅值——持續時間”刻畫暫降事件已經不能滿足暫降相關規律認知的需要。

為此，CIGRE/CIRED/UIE聯合工作組JWG C4.110推薦將電壓暫降事件分解為事件前、中、后三段，并提出分段法，將一次暫降事件劃分為事件前段、過渡段、事件段和恢復段。事件前段是電壓在標稱電壓附近平衡的階段；第一個過渡段電壓會急劇變化，從三相平衡電壓變為不平衡且低于標稱值的電壓；事件段電壓低于標稱值且通常三相不平衡；第二個過渡段電壓急劇變化到接近標稱值附近且趨于平衡；恢復段電壓恢復至標稱值。過渡段是暫降事件發生前、中、后之間的過渡狀態，呈現出快速變化的特點，如何對暫降事件中的若干過渡段進行劃分是暫降分段的核心。通過分段法有助于提取相位跳變、波形點、畸變率和不平衡度等附加特征。遺憾的是，現有分段法還只能通過目測或基于經驗判斷事件過渡段，工程實用性不強。國外已有研究提出了基于電壓變化率或Kalman濾波器法的電壓暫降過渡段劃分方法，能夠一定程度上解決靠目測或經驗識別過渡段的缺陷，但用于識別過渡段的閾值仍基于經驗設置，檢測算法準確性受閾值影響且閾值設置缺乏科學依據，未能實現自動識別。

由上述情況可知，目前檢測算法的缺點包括：(1)現有方法僅針對暫降幅值和持續時間進行刻畫，未考慮相位跳變、不平衡度、畸變率等附加特征；(2)過渡段劃分只能靠目測和經驗判斷，缺乏科學依據且無法自動識別，工程實用性低；(3)過渡段閾值設置對檢測算法影響極大，容易出現虛警和漏警，檢測算法的準確性和可靠性無法得到保證。

發明內容

本發明提供了一種基于奇異值分解的過渡段自動識別和電壓暫降多維特征刻畫的電壓暫降檢測與刻畫方法，使暫降分段不再依賴人為經驗，分別計算各暫降段特征可實現暫降事件的多維度刻畫，擴展了現有暫降的刻畫方法。

本發明采用的技術方案的是：一種電壓暫降檢測與刻畫自動分段方法，包括以下步驟：

1)對監測裝置采樣頻率、暫降閾值、過渡段閾值和形態結構元素等參數進行設置；

2)基于瞬時電壓dq分解法計算得到三相電壓幅值與相位波形；