一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加窗插值短时傅里叶变换的闪变识别方法，该方法主要步骤为：第一，对电压信号进行离散采样，获得N点采样序列U(n)；第二，应用布莱克曼哈里斯-三角卷积窗对采样序列U(n)加权并进行短时傅里叶变换，获得信号的幅值矩阵P(i,j)；第三，应用多项式拟合法，求出矩阵P(i,j)每列的幅值表达式yj(k)；第四，根据表达式yj(k)，计算电压信号包络频率fm(j)；第五，根据包络幅值ymax(j)与包络频率fm(j)，提取特征量V1、V2、V3、V4、V5、V6；第六，应用特征量V1、V2、V3、V4、V5，计算信号闪变系数T，并与V6对应的阈值对比，给出检测结果。该方法以加窗插值短时傅里叶变换为基础，提取特征量，计算简单、提取特征量少且识别率高，可满足电力系统闪变快速检测的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统故障分析
，涉及一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法。
技术介绍
随着我国经济的不断发展，电力需求持续增加，大型发电厂以及远距离、大规模输电网络加速建设，使电网系统易受扰动影响；加之各种电力电子设备的使用以及冲击性与非线性负荷，出现了闪变、电压暂降、电压暂升、电压波动、谐波、电压缺口、脉冲与振荡暂态干扰等一系列问题，直接影响电能质量和电网运行的安全性、稳定性。闪变是人眼对电压波动造成灯光照度不稳定的视感反应，是电能质量的重要参数，是导致电气设备故障与失效的重要原因。随着电力系统非线性、冲击性负荷的增加，电网电压波动与闪变日趋严重，给工业生产和社会生活造成严重影响。1994年，国际电工委员会(IEC)根据现代供用电系统运行情况，将电压波动和闪变列为衡量电能质量的重要指标。中国于2000年制订了《GB12326-2000电能质量电压允许波动和闪变》。近年来，电压波动和闪变检测识别方法逐渐成为国内外研究热门。但由于IEC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。但目前的闪变检测识别方法存在计算过程复杂、运算量大和识别率低等缺陷，难以满足电压闪变检测要求。本专利技术提出的方法，克服了传统闪变检测方法计算过程复杂、计算量大和识别率低的缺陷。采用加窗短时傅里叶变换，可快速得到电压信号的时频分析结果，根据信号时频矩阵，利用插值法获得包络幅值与包络频率，然后提取特征量并计算闪变系数，将闪变系数与阈值对比，即可得到检测结果。本方法计算过程简单，提取特征量少且识别率高，为电力系统闪变检测提供了一条有效的途径。
技术实现思路
本专利技术提出的一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法，克服了传统闪变检测方法计算过程复杂、计算量大和识别率低的缺陷。采用加窗短时傅里叶变换，可快速得到电压信号的时频分析结果，根据信号时频矩阵，利用插值法获得包络幅值与包络频率，然后提取特征量并计算闪变系数，将闪变系数与阈值对比，即可得到检测结果。本方法计算过程简单，提取特征量少且识别率高。为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为：第一，对电压信号进行离散采样，获得N点采样序列U(n)；第二，应用布莱克曼哈里斯-三角卷积窗对采样序列U(n)加权并进行短时傅里叶变换，获得信号的幅值矩阵P(i,j)；第三，应用多项式拟合法，求出矩阵P(i,j)每列的幅值表达式yj(k)；第四，根据表达式yj(k)，计算电压信号包络频率fm(j)；第五，根据包络幅值ymax(j)与包络频率fm(j)，提取特征量V1、V2、V3、V4、V5、V6；第六，应用特征量V1、V2、V3、V4、V5，计算信号闪变系数T，并与V6对应的阈值对比，给出检测结果。该方法以加窗插值短时傅里叶变换为基础，提取特征量，计算简单、提取特征量少且识别率高，可满足电力系统闪变快速检测的要求。本专利技术的技术方案如下：一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法，其特征在于：采用布莱克曼哈里斯-三角卷积窗对采样后的电压信号进行加权处理，然后进行短时傅里叶变换，利用短时傅里叶变换结果计算幅度矩阵，采用多项式拟合法计算电压包络频率、幅值，从而获得闪变检测结果，具体包括以下步骤：步骤一，对时域连续电压信号u(t)以采样频率fs进行采样，经过采样后得到N点离散采样序列U(n)，n＝0，1，2，…，N-1；步骤二，用长度为L、移动间隔为D的布莱克曼哈里斯-三角卷积窗w(n)，对电压信号离散采样序列U(n)加权，然后进行短时傅里叶变换，得到信号的短时傅里叶变换结果矩阵FSTFT(i,j)，计算信号幅值矩阵P(i,j)；步骤三，应用多项式拟合法，假设每列的幅值表达式为：其中y表示幅值，k为谱线位置，表示多项式系数，X表示拟合多项式的项数，根据信号的幅值矩阵P(i,j)，由最小二乘法计算得出步骤四，根据每列的幅值表达式，应用极值法求出包络幅值，即每列最大值ymax(j)及所对应的谱线，记为kmax(j)，根据公式fm(j)＝kmaxfs/L，求出信号的包络频率fm(j)；步骤五，根据包络幅值ymax(j)和包络频率fm(j)，提取特征量包络幅值均值V1，包络大幅值采样点数V2、包络小幅值采样点数V3，包络过小幅值采样点数V4和包络波动特征量V5，并计算闪变时长特征量V6；步骤六，应用特征量V1、V2、V3、V4、V5，计算信号闪变系数T，并与相应时间长度特征的基准信号闪变阈值Ts进行对比，其中阈值Ts是无扰动时频率为50Hz正弦信号计算结果；若T≥Ts，则判断为信号发生闪变，若T<Ts，则判断为信号未发生闪变。所述的方法中，其特征在于，步骤二中，长度为L的布莱克曼哈里斯-三角卷积窗w(n)由长度分别为L/2的布莱克曼哈里斯窗和三角窗卷积获得，其公式为：w(n)＝wbh(n)*wtri(n)，其中wbh(n)、wtri(n)分别为离散布莱克曼哈里斯窗和离散三角窗的时域表达式。所述的方法中，其特征在于，步骤五中，特征量V1的计算公式为：其中符号表示向下取整；特征量V2统计标准为：ymax(j)>1.1H；特征量V3统计标准为：ymax(j)<0.9H；特征量V4统计标准为：ymax(j)<0.2H；标准值H是在无任何扰动下，由频率为50Hz的正弦信号经过短时傅里叶变换计算的包络幅值均值结果；特征量V5计算公式为：V5=Σj=1R[fm(j)-50]2.]]>所述的方法中，其特征在于，步骤五中，闪变时长特征量其中I1、I2分别为信号高频幅值总量参数最大值和次大值对应的行，高频幅值总量参数的计算公式为：其中l为整数，取l≥10。所述的方法中，其特征在于，步骤六中，闪变系数T的计算公式为：式中，c1、c2、c3、c4、c5分别为特征量V1、V2、V3、V4、V5的权重系数；c1、c2、c3、c4、c5通过超限学习机训练给出，通过大量闪变数据训练，得出c1取值范围[0.4，0.9]，c2取值范围[0.3，0.8]，c3取值范围[0.2，0.5]，c4取值范围[0.4，0.6]，c5取值范围[0.6，0.8]。本专利技术提出的一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法，克服了传统闪变检测方法计算过程复杂、计算量大和识别率低的缺陷。采用加窗短时傅里叶变换，可快速得到电压信号的时频分析结果，根据信号时频矩阵，利用插值法获得包络幅值与包络频率，然后提取特征量并计算闪变系数，将闪变系数与阈值对比，即可得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法，其特征在于：采用布莱克曼哈里斯‑三角卷积窗对采样后的电压信号进行加权处理，然后进行短时傅里叶变换，利用短时傅里叶变换结果计算幅度矩阵，采用多项式拟合法计算电压包络频率、幅值，从而获得闪变检测结果，具体包括以下步骤：步骤一，对时域连续电压信号u(t)以采样频率fs进行采样，经过采样后得到N点离散采样序列U(n)，n＝0，1，2，…，N‑1；步骤二，用长度为L、移动间隔为D的布莱克曼哈里斯‑三角卷积窗w(n)，对电压信号离散采样序列U(n)加权，然后进行短时傅里叶变换，得到信号的短时傅里叶变换结果矩阵FSTFT(i,j)，计算信号幅值矩阵P(i,j)；步骤三，应用多项式拟合法，假设每列的幅值表达式为：其中y表示幅值，k为谱线位置，表示多项式系数，X表示拟合多项式的项数，根据信号的幅值矩阵P(i,j)，由最小二乘法计算得出步骤四，根据每列的幅值表达式，应用极值法求出包络幅值，即每列最大值ymax(j)及所对应的谱线，记为kmax(j)，根据公式fm(j)＝kmaxfs/L，求出信号的包络频率fm(j)；步骤五，根据包络幅值ymax(j)和包络频率fm(j)，提取特征量包络幅值均值V1，包络大幅值采样点数V2、包络小幅值采样点数V3，包络过小幅值采样点数V4和包络波动特征量V5，并计算闪变时长特征量V6；步骤六，应用特征量V1、V2、V3、V4、V5，计算信号闪变系数T，并与相应时间长度特征的基准信号闪变阈值Ts进行对比，其中阈值Ts是无扰动时频率为50Hz正弦信号计算结果；若T≥Ts，则判断为信号发生闪变，若T<Ts，则判断为信号未发生闪变。...

【技术特征摘要】
1.一种基于加窗插值短时傅里叶变换的电压闪变检测方法，其特征在于：采用布莱克
曼哈里斯-三角卷积窗对采样后的电压信号进行加权处理，然后进行短时傅里叶变换，利用
短时傅里叶变换结果计算幅度矩阵，采用多项式拟合法计算电压包络频率、幅值，从而获得
闪变检测结果，具体包括以下步骤：
步骤一，对时域连续电压信号u(t)以采样频率fs进行采样，经过采样后得到N点离散采
样序列U(n)，n＝0，1，2，…，N-1；
步骤二，用长度为L、移动间隔为D的布莱克曼哈里斯-三角卷积窗w(n)，对电压信号离
散采样序列U(n)加权，然后进行短时傅里叶变换，得到信号的短时傅里叶变换结果矩阵
FSTFT(i,j)，计算信号幅值矩阵P(i,j)；
步骤三，应用多项式拟合法，假设每列的幅值表达式为：其中y表示
幅值，k为谱线位置，表示多项式系数，X表示拟合多项式的项数，根据信号的幅值矩阵P
(i,j)，由最小二乘法计算得出步骤四，根据每列的幅值表达式，应用极值法求出包络幅值，即每列最大值ymax(j)及所
对应的谱线，记为kmax(j)，根据公式fm(j)＝kmaxfs/L，求出信号的包络频率fm(j)；
步骤五，根据包络幅值ymax(j)和包络频率fm(j)，提取特征量包络幅值均值V1，包络大幅
值采样点数V2、包络小幅值采样点数V3，包络过小幅值采样点数V4和包络波动特征量V5，并
计算闪变时长特征量V6；
步骤六，应用特征量V1、V2、V3、V4、V5，计算信号闪变系数T，并与相应时间长度特征的基
准信号闪变阈值Ts进行对比，其中阈值Ts是无扰动时频率为50Hz正弦信号计算结果；若T≥
Ts...

【专利技术属性】
技术研发人员：温和，张军号，黎福海，滕召胜，唐璐，郭斯羽，高友丽，陈倩文，李橙橙，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43