[发明专利]一种复合电能质量扰动信号的识别方法

摘要

本发明涉及电能质量分析与监测技术领域，主要涉及一种基于多特征量的高识别率复合电能质量扰动信号识别方法。本发明利用电能质量监测点的监测设备采集的电能质量信号，作为待识别的扰动信号类型，即自动识别系统的输入，通过自动识别从而输出扰动信号的类型。该方法不仅能够识别电力系统中存在的多种单一扰动，还能够精确的识别出多种复合扰动，进而为电能质量的管理与治理提供辅助决策,具有重要的现实意义。

主权项

一种复合电能质量扰动信号的识别方法，其特征在于,包括如下步骤：S1、进行电能质量扰动信号的采集：采用电压互感器采集电网中电能质量监测点的电能质量扰动信号，由此得到监测点含扰动的电压信号U；S2、提取电能质量扰动信号的特征向量，包括：S21、采用总体经验模态分解方法处理S1所述含扰动的电压信号U，提取EEMD分解的有效模态特征量M₁,M₂，其中，M₁为EEMD分解得到的第一个模态的瞬时幅值最大值特征量，M₂为EEMD分解得到的第一个模态各点取模后的幅值之和；S22、采用动态测度法处理S1所述扰动电压信号U，提取信号频率特征量N_f,N₁,N₂,N_h，其中，N_f为表征扰动信号是单频信号还是多频信号的特征量，N₁为表征谐波频率点的特征量，N₂为表征是否含有整数倍基波频率点特征量，N_h为表征频谱高频段是否含有主要频率点的特征量，具体如下：S221、将S1所述扰动电压信号U进行快速傅里叶变换从而得到傅里叶变换的幅度谱A(f)；S222、采用动态测度法找出主要频率点并结合极值点包络从幅度谱A(f)中提取特征N_f,N₁,N₂,N_h，具体过程如下：S2221、设X₁和X_N为曲线f上的两个不同的点，则曲线上这两点之间的部分记作路径P(X₁,X_N)，即P(X₁,X_N)＝(X₁,X₂,...,X_N),其中,N为不为零的自然数；S2222、路径P(X₁,X_N)上最高点和最低点的高度差为路径的动态测度，即，D_yn[P(X₁,X_N)]＝{sup(|h_alt(X_i)|‑|h_alt(X_j)|)}，其中，X_i,X_j为曲线f上X₁和X_N之间的点，并且i,j∈[2,N‑1]，sup表示上确界，h_alt表示高度；S2223、设X_M为曲线f的一个极大点，当曲线上存在比X_M更高的极大点时，点X_M的动态测度等于点X_M通向与其同高度点的所有路径中最小的路径动态测度，即D_yn[X_M]＝{inf{D_yn[P(X_M,X_N)]}},其中，h_alt(X_M)＝h_alt(X_N)，inf表示下确界，P(X_M,X_N)表示曲线f上点X_M和点X_N之间的部分；S2224、对极值点最大包络求取动态测度后得到原始信号的动态测度谱A(w),振荡扰动的振荡频率较高，则在动态测度谱中分布在高频段，在寻找主要频率点时如果极值点X_M的动态测度D_yn[X_M]满足则极值点X_M对应的频率为主要频率点，频率分析范围为[a,b]即A(w)的高频段，当高频段存在主要频率点,则N_h＝1，当高频段不存在主要频率点,则N_h＝0，其中，T_hr为设定的阈值，a为A(w)上的频率点，b为A(w)上的频率点，a＜b，X_max是最大极值点；S2225、当扰动信号中含有谐波成分时，谐波成分所对应的频率就会在动态测读谱中呈现出来，当扰动信号的动态测度谱中存在满足的主要频率点所在频率值为谐波频率时且所述主要频率点对应频率为基频的奇数倍，当N₁＝1则存在谐波成分，当N₁＝0则不存在谐波成分；S2226、电压尖峰中含有大量整数倍谐波成分，在动态测度法求取主要极值点时，当极值点X_M的动态测度D_yn[X_M]满足则极值点X_M对应的频率为主要频率点，由于基波成分、谐波成分和部分振荡暂态所对应的频率在动态测度谱中也为主要频率点，因此在对主要频率点记数时应该去除这些主要频率点的影响，若不计基波成分、谐波成分和部分振荡暂态所对应的主要频率点的影响的情况下仍有大量主要频率点所在频率为整数倍基频,当N₂＝1则存在整数倍基波频率点，当N₂＝0则不存在整数倍基波频率点；S2227、在S2224、S2225和S2226的基础上确定特征量N_f，当同时满足N₁＝0,N₂＝0,N_h＝0，则用N_f＝0来表示扰动信号的动态测度谱中只含基波成分所对应的一个主要频率点，否则用N_f＝1来表示；S23、采用S变换处理S1所述扰动电压信号U得到模时频矩阵，从所述模时频矩阵中提取S变换特征量S_M,S_av,S_min,S_max,S_std，其中，S_M为S变换矩阵高频部分最大幅值特征量，S_av为S变换矩阵对应基频幅值的均值量，S_min为S变换矩阵对应基频幅值最小特征量，S_max为S变换矩阵对应基频幅值最大特征量，S_std为S变换矩阵对应基频幅值标准差特征量，具体如下：S231、定义S变换模时频矩阵基频成分处对应的幅值随时间变化的曲线J(l)＝S_j(l,f_b)，S变换模时频矩阵基频幅值均值特征为其中，l表示采样点，L为总采样点数，f_b表示基本频率，S_av反应信号基频成分的幅值变化情况；S232、电压暂升、暂降和中断呈现出幅值的升高或降低，这些扰动都为基频扰动，其造成的信号幅值变化反应在S变换模时频矩阵的基频部分，基频幅值最小值特征量S_min和最大值特征量S_max能够表征基频幅值变化程度，从而反应信号成分，可辅助分析电压信号中是否含有电压暂升、暂将和中断；S233、当基频幅值变化时通过基频幅值标准差特征量S_min和最大值特征量S_max可反应基频幅值的变化情况，防止由基频曲线中存在噪声点而造成的最小值特征量S_min和最大值特征量S_max对信号的错误分类；S3、根据S2所述电能质量扰动信号的特征进行电能质量扰动信号分类，具体如下：S31、构建基于规则基“IF‑THEN”的分类器软件模块；S32、将S2所述电能质量扰动信号的特征向量T输入分类器，自动识别出24种电能质量扰动信号的类型，其中，T＝[M₁,M₂,N_f,N₁,N₂,N_h,S_M,S_av,S_min,S_max,S_std]，24种电能质量扰动信号包含8种单一电能质量扰动和16种复合电能质量扰动，所述单一电能质量扰动包含电压尖峰R₁、脉冲暂态R₂、电压中断R₃、电压暂降R₄、电压暂升R₅、振荡暂态R₆、谐波R₇和电压波动R₈，所述复合电能质量扰动为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。