[发明专利]一种电压暂降检测与刻画的自动分段方法

说明书

技术领域

本发明涉及电压暂降检测领域，具体涉及一种基于奇异值分解的过渡段自动识别和电压暂降多维特征刻画的电压暂降检测与刻画方法。

背景技术

随着计算机、自动化和电力电子等高新技术在各行业的大量采用，许多自动化生产线和敏感用电设备对供电系统难以避免的电压暂降事件越来越敏感，给用户造成了巨大损失，使电压暂降成为了工业界和学术界关注的重点。为更好地理解和认识电压暂降，对其监测并刻画相关特征是最直接有效的途径，具有重要理论价值和现实意义。

电压暂降被定义为供电侧工频电压有效值短时间内突然下降然后自动恢复的电能质量扰动事件。国内外对电压暂降检测算法和特征刻画已开展大量研究。如：IEC 61000-4-30、IEEE 1159-2009和IEEE 1564-2014等标准分别对暂降特征进行了定义，并建议了检测算法，但这些标准中仅采用暂降幅值和持续时间刻画电压暂降事件，这样的刻画方法只能反映统计意义上的总体特征。实际上，两个幅值与持续时间完全一致的暂降对敏感用户设备造成的影响可能完全不同，可见基于现有暂降特征对于更大范围内的暂降事件无法进一步区分，仅靠现有暂降特征对暂降事件刻画会造成暂降信息的缺失。

电压暂降检测领域常用算法可分为均方根值法、时频分析法和矢量变换方法等几类，均方根值方法采用一个窗口或半个窗口数据进行有效值计算，方法简单快速，但是无法检测电压相位，造成大量暂降信息缺失，敏感用户关心的相位跳变、波形起始点等特征无法计算。时频分析方法主要包括快速傅里叶变换，小波变换和S变换等方法，这类方法能够计算相位跳变等特征但由于需要一个窗口的数据进行计算，因此受历史数据影响存在一定延时，对暂降起止时刻的检测精度不高，且算法计算量通常较大，难以在装置上实现。矢量变换方法主要包括dq0变换以及在此基础上发展改进的单相dq变换、延时求导dq变换和双dq变换等，这类方法实时性好，能计算电压相位，但是检测算法准确性受直流分量提取方法的影响。

不同敏感设备对不同暂降特征的敏感特性不同。例如，接触器铁芯的功率因数为滞后功率因数，接触器对暂降开始的90°相位角最为敏感，对开始时的0°相位角最不敏感，因此接触器特性受暂降开始时刻波形点的影响。此外，带有相位跳变的电压暂降通常导致不可控整流器产生大电流，这些电流会致使这些特殊的半导体保护熔断器熔断，或损坏电力电子元件。随着新型用电设备的大量使用以及对暂降特性认知的不断推进，仅靠“暂降幅值——持续时间”刻画暂降事件已经不能满足暂降相关规律认知的需要。

为此，CIGRE/CIRED/UIE联合工作组JWG C4.110推荐将电压暂降事件分解为事件前、中、后三段，并提出分段法，将一次暂降事件划分为事件前段、过渡段、事件段和恢复段。事件前段是电压在标称电压附近平衡的阶段；第一个过渡段电压会急剧变化，从三相平衡电压变为不平衡且低于标称值的电压；事件段电压低于标称值且通常三相不平衡；第二个过渡段电压急剧变化到接近标称值附近且趋于平衡；恢复段电压恢复至标称值。过渡段是暂降事件发生前、中、后之间的过渡状态，呈现出快速变化的特点，如何对暂降事件中的若干过渡段进行划分是暂降分段的核心。通过分段法有助于提取相位跳变、波形点、畸变率和不平衡度等附加特征。遗憾的是，现有分段法还只能通过目测或基于经验判断事件过渡段，工程实用性不强。国外已有研究提出了基于电压变化率或Kalman滤波器法的电压暂降过渡段划分方法，能够一定程度上解决靠目测或经验识别过渡段的缺陷，但用于识别过渡段的阈值仍基于经验设置，检测算法准确性受阈值影响且阈值设置缺乏科学依据，未能实现自动识别。

由上述情况可知，目前检测算法的缺点包括：(1)现有方法仅针对暂降幅值和持续时间进行刻画，未考虑相位跳变、不平衡度、畸变率等附加特征；(2)过渡段划分只能靠目测和经验判断，缺乏科学依据且无法自动识别，工程实用性低；(3)过渡段阈值设置对检测算法影响极大，容易出现虚警和漏警，检测算法的准确性和可靠性无法得到保证。

发明内容

本发明提供了一种基于奇异值分解的过渡段自动识别和电压暂降多维特征刻画的电压暂降检测与刻画方法，使暂降分段不再依赖人为经验，分别计算各暂降段特征可实现暂降事件的多维度刻画，扩展了现有暂降的刻画方法。

本发明采用的技术方案的是：一种电压暂降检测与刻画自动分段方法，包括以下步骤：

1)对监测装置采样频率、暂降阈值、过渡段阈值和形态结构元素等参数进行设置；

2)基于瞬时电压dq分解法计算得到三相电压幅值与相位波形；