[发明专利]一种基于阈值检测和加窗插值FFT的电压暂降检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于阈值检测和加窗插值FFT的电压暂降检测方法及系统，基于阈值检测和加窗插值FFT的电压暂降检测方法的实施步骤包括：对原始电网信号进行截断并采样以得到电力系统电压信号数字采样序列；对采样后的电压暂降起始时刻和持续时间的检测；对采样信号进行分段加Nuttall窗插值FFT方法；计算电压暂降深度和相位跳变；其中一种系统的结构包括电源模块、信号调理电路、低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器，信号调理电路的输出端通过低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器相连。本发明能够基于阈值检测和加窗插值FFT的电压暂降检测方法实现电力系统信号电压暂降的快速准确检测，具有计算量小，在快速检测电压暂降特征量的同时，还具有准确度高、不易受谐波与噪声干扰、易嵌入式实现等优点。

技术领域

本发明涉及电力系统的电压暂降检测与分析技术。具体设计一种基于阈值检测和加窗插值FFT的电压暂降检测方法及系统，用于实现电力系统的暂降幅值和相位跳变量等特征量快速准确地检测与分析。

背景技术

电压暂降是电力系统中发生频频次最多、影响最大的一类电能质量问题，其会导致电力系统敏感性用电设备非正常工作，严重时还会导致设备发生故障而停止运行，从而给广大用电用户带来巨大的经济损失。随着电子技术和数字信号处理技术的不断发展，产生了残差电压检测法、两点检测法、小波变换法、S变换检测法、和d-q变换法等。

1.残差电压检测法

残差电压检测法是依靠参考电压与实际电压的偏差量来推导出实际电压的幅值和相位信息。该方法计算简单但是在计算缺损电压的幅值时，需要构造参考电压，因此需要引入锁相环并与电压有效值计算方法配合，另外还需要已知参考电压和实际暂降电压的相角，获取这些特征量均要需要一定的时间延时，从而影响检测算法的快速性。

2.两点检测法

两点检测法是一种快速较好的检测方法及系统，因其只需要俩个相邻采样进行乘积运算点便可以计算出电压的幅值，也被称作两采样值积算法，曲线拟合法等。因该方法只需要简单数学和平方运算，故也非常利于编程的实现，但是在进行相位突变的检测则需要连续的四个点，相位突变前2个点和突变后2点，并且只有在相位突变那一时刻会出现突变相位的数值信息，当电压处于持续的相位突变状态时，该方法得到的结果为零。因此实用性较差，此外两点算法受谐波干扰的影响较大。

3.小波变换法

小波变换(Wavelet Transform，WT)是一种具有多分辨率特性的时频局部化分析方法，通过引入可变的尺度因子和平移因子，WT在信号分析时具有可调的时频窗口，巧妙地解决时间分辨率和频域分辨率的矛盾，为信号处理提供了一种多分辨率下的动态分析手段。WT在参数定量检测中的应用仍存在诸多局限性：1)频域分辨率粗糙，各频带间可能存在严重的频率混叠现象。即便引入了尺度因子，其结果仍不是一种真正的时频谱。且不同尺度的小波函数在频域上相互干扰，加之噪声的影响，使得频率较近的谐波和间谐波不能很好地分离；2)只能定性分析信号幅值或谐波分量，而不能准确检测；3)不易实现对诸如电压突升、突降等以时域特征变化为主的扰动信号进行有效检测；4)算法复杂且计算量大，不利于实时计算，目前尚不能在嵌入式系统中实现，难以得到实际应用。

4.S变换检测法

S变换继承并发展了短时傅里叶变换与小波变换的局部思想，是一种可逆的时频分析方法，具有较好的时频聚焦性或分辨率。S变换的结果是形成一个二维的复时频矩阵，该矩阵中的列对应离散频率，行对应采样时间点，每一行对应的都是该时间点上的局部频谱。将S矩阵中每个元素进行求模运算后得到的矩阵称之为S模矩阵，该矩阵反应时间-频率-幅值信息，提取列向量或者行向量可分别得到某一频率幅值随时间变化分布情况，该算法能直接反应出电压暂降信息并且可以有效避开谐波影响，但S变换计算复杂度大，计算时间长，对计算设备要求高。

5.d-q变换法法