专利名称：一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法及装置。
背景技术：
电力负荷、尤其是冲击性负荷急剧增加，对电力系统构成了严重的污染，导致电网电压不稳定，产生电压波动和闪变，增加了电网的不稳定因素，给工业生产和社会生活造成了严重影响。电压闪变是电能质量的重要参数，是导致供、用电设备故障与失效的重要原因。对供、用电系统中的电压闪变进行准确测量，可为研究闪变根源、抑制和消除电压波动和闪变的影响等提供科学依据。电压波动与闪变的检测国内外均依据IEC标准，采用短时间闪变值Pst和长时间闪变值Plt作为闪变的评价指标，但由于IEC在标准中仅给出了衡量闪变强弱量值的检测原理框图，并未对框图实现进行明确说明，各国学者运用该框图实现短时间闪变值Pst、长时间闪变值Plt的计算方法各异。现有电压闪变测量方法主要有FFT/STFT方法、Hilbert变换方法、扩展卡尔曼滤波(EKF)、最小绝对值估计(LAV)方法、小波变换方法、基于数学形态滤波和Hilbert变换方法、并联滤波器检测法和平方检测方法。采用这些方法进行检波可精确检出闪变包络信号，但这些方法运算量大，嵌入式系统实现困难，难以满足闪变参数快速检测要求。基于FFT的闪变检测算法，易于在DSP (数字信号处理器)上实现，是当今应用广泛采用的一种闪变参数实时检测、闪变值简化计算方法。在电力系统中，电网电压、电流畸变导致闪变频率波动，由于非同步采样造成FFT算法存在频谱泄露和栅栏效应等问题，制约了闪变快速检测的准确度。而且，闪变包络信号的参数提取受信号频率、波形、幅值及采样数据长度等参数变化的影响，构成闪变包络参数的提取误差。减少FFT算法的频谱泄露和栅栏效应影响、提高闪变包络参数的检测精度是闪变信号检测和电能质量管理中的难题。现有专利文件“一种闪变实时计算方法”(201210363581.6)，“干扰负荷的闪变污染注入水平检测方法”(201210179485.6)，“一种确定电压闪变主要责任方的方法和装置”(201110367781.4)，“一种测量电网电压闪变的方法”(201110124225.4)，“基于数字同步载波相干解调技术的电压波动闪变测量方法”(200910076715.4)，“一种电压闪变检波方法”(200710144772.2)和“数字式电压闪变测试仪”(91105178.3)等，已经实现精确定量地测量电力系统中电压闪变值和判别干扰的责任方。虽然现有技术提供了一些电压检波与闪变测量的方法，但由于闪变信号具有多样性、随机性和多态性等特征，闪变频率波动造成的频谱泄露和栅栏效应依然存在，对包络信号的提取和计算比较耗时；现有技术中对电压采样序列采用固定长度的余弦窗进行FFT傅里叶变换，在闪变信号频率、波形、幅值变化过大时，无法准确获得闪变电压信号的频率分量与幅值分量，因此实时、高精度的闪变信号检测难以实现。

发明内容
本发明提供一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法及装置，其目的在于，克服现有技术计算速度慢，闪变信号频率、波形、幅值变化过大时，无法准确获得闪变电压信号的频谱分量和波动幅值的问题。基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法，包括以下步骤:步骤1:设置固定采样频率fs和采样点数N，其中，N为自然数，对被测信号进行同步采样和模数转换处理，获得电压闪变离散信号u(n)，利用Teager-Kaiser能量算子对u (η)提取包络，即对u (η)进行解调处理，得到包络信号I (η)；
权利要求
1.一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:设置固定采样频率fs和采样点数N，其中，N为自然数，对被测信号进行同步采样和模数转换处理，获得电压闪变离散信号u(n)，利用Teager-Kaiser能量算子对u(n)提取包络，即对u (η)进行解调处理，得到包络信号UJn):
2.根据权利要求1所述的基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法，其特征在于，在步骤I中所述的对被测信号进行同步采样前，三相电网电压、电流模拟信号分别接入电阻分压网络和TA电阻取样网络进行信号调理。
3.根据权利要求1或2所述的基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法，其特征在于，步骤I中所述的采样频率fs的取值范围是400Hz 52KHz。
4.根据权利要求1所述的基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法，其特征在于，步骤2中所述的Kaiser窗函数的形状参数β的取值范围是20 50。
5.根据权利要求1所述的基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法，其特征在于，长时间闪变值Plt由测量时间段内测得的各短时间闪变值Pstk为:
6.一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测装置，其特征在于，采用上述权利要求1-5任一项所述的方法检测电压波动与闪变装置，包括信号调理单元、数据处理单元及数据存储显示单元；信号调理单元、数据处理单元及数据存储显示单元依次相连； 其中，信号调理单元包括用于与电压信号输出端相连的电阻分压调理电路、用于与电流信号相连的TA电阻取样电路及同步ADC转换器；电阻分压调理电路和TA电阻取样电路均与同步ADC转换器相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括Teager-Kaiser能量算子提取模块、Kaiser窗频谱校正模块、视感度处理模块及闪变信号排序统计模块。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测装置，其特征在于，所述数据存储显示单元包括数据处理器、时钟电路、存储器、通信电路及显示模块，时钟电路、存储器、通信电路及显示模块均与数据处理器相连。
9.根据权利要求8所述的一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测装置，其特征在于，所述信号调理单元的同步ADC转换器与数据处理单元采用SPI相连；其特征在于，所述数据处理单元和数据存储显示单元采用异步串行总线UART相连。
10.根据权利要求8所述的一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测装置，其特征在于，所述同步ADC转换器为ADS1178，所述数据处理单元采用TMS320VC6745/6747芯片，所述数据存储显示单元数据处理器采用PIC32MX460F512L，所述显示模块为256色TFT总线型触摸液 晶屏。
全文摘要
本发明公开了一种基于能量算子和频谱校正的电压波动与闪变检测方法及装置，通过利用Teager-Kaiser能量算子提取电压闪变信号的包络信号，加快运算速度，克服闪变包络信号提取时受信号频率、波形、幅值及采样数据长度等参数变化的影响，实现闪变信号的快速实时检测；采用可自由选择主瓣宽度和旁瓣高度之间的比重的Kaiser窗函数对电压闪变信号进行改进快速傅里叶变换频谱校正分析，在闪变信号频率、波形及幅值变化过大时，准确获得电压闪变信号的频率与幅值分量；基于该方法的装置包括信号调理单元、数据处理单元及数据存储显示单元；信号调理单元、数据处理单元及数据存储显示单元依次相连；该检测方法便于信号的快速实时检测处理，装置结构简单，易于实现。
文档编号G01R19/25GK103116064SQ201310048190
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者高云鹏, 李峰, 滕召胜, 姚文轩, 曹一家, 左培丽 申请人:湖南大学