基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法、系统及介质，本发明专利技术方法包括针对被测模拟电压信号X(t)，采用Hilbert变换提取电压包络线D(n)；从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取分割电压信号D1(n)；基于分割电压信号D1(n)计算电压暂降参数，根据电压暂降参数判断是否发生电压暂降。本发明专利技术能够准确检测电压暂降发生与否以及暂降深度、发生时刻和持续时间等技术指标，仅使用原始采样信号即可准确、有效的提取电压暂降特征量，解决了现有电压暂降检测技术中大都需要经过时频变换进行电压暂降参数检测缺陷，具有计算简单、鲁棒性强、检测精度高、易于嵌入式实现等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，具体涉及一种基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]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变换法等电压暂降检测方法。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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
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频率
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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。
[0007]5.d
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q变换法：d
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q变换将电量从静止的abc三相坐标变换到以同步角频率旋转的d、q两相坐标，得到两个正交直流分量。三相对称的正序、负序、零序分量可通过对称分量变换，由三相不对称的电量分解得到。通过d
‑
q变换实现对称三相电压瞬时方均根值的求取，从而实现暂降特征量的获取。但其检测前需要先进行相应的相位延迟，因而会额外增加系统的响应时间，故导致暂降持续时间检测时存在较大误差。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法、系统及介质，本专利技术能够准确检测电压暂降发生与否以及暂降深度、发生时刻和持续时间等技术指标，仅使用原始采样信号即可准确、有效的提取电压暂降特征量，解决了现有电压暂降检测技术中大都需要经过时频变换进行电压暂降参数检测缺陷，具有计算简单、鲁棒性强、检测精度高、易于嵌入式实现等优点。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，包括：
[0011]S101，针对被测模拟电压信号X(t)，采用Hilbert变换提取电压包络线D(n)；
[0012]S102，从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取分割电压信号D1(n)；
[0013]S103，基于分割电压信号D1(n)计算电压暂降参数，根据电压暂降参数判断是否发生电压暂降。
[0014]可选地，步骤S101中采用Hilbert变换提取电压包络线D(n)包括：
[0015]S201，针对被测模拟电压信号X(t)，采用Hilbert变换得到Hilbert变换结果Y(t)；
[0016]S202，将被测模拟电压信号X(t)和Hilbert变换结果Y(t)组成复共轭对；
[0017]S203，将组成复共轭对得到的解析信号Z(t)进行离散化处理得到电压包络线D(n)。
[0018]可选地，步骤S201中采用Hilbert变换得到Hilbert变换结果Y(t)的函数表达式为：
[0019][0020]上式中，t为采样信号时长，X(τ)为被测模拟电压信号对于积分时间变量τ的函数，τ为积分时间变量。
[0021]可选地，步骤S202中组成复共轭对的函数表达式为：
[0022]Z(t)＝X(t)+jY(t)＝a(t)e
iθ(t)
，
[0023]上式中，Z(t)为得到的解析信号，j为虚数单位，a(t)为瞬时幅值，θ(t)为相位，且有：
[0024][0025]可选地，步骤S203中进行离散化处理得到电压包络线D(n)的函数表达式为：
[0026]D(n)＝|Z(n)|＝|a(n)e
iθ(n)
|＝|a(n)|
[0027]上式中，Z(n)为第n个解析信号，a(n)为Z(n)的瞬时幅值，θ(n)为Z(n)的相位，i为虚数单位。
[0028]可选地，步骤S102包括：
[0029]S301，从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取两个阈值T1和T2，并根据下式将电压包络线D(n)进行信号二值分割，得到二值分割信号g(x,y)；
[0030][0031]上式中，f(x,y)为电压包络线D(n)中的电压信号；
[0032]S302，在得到二值分割信号g(x,y)的基础上，根据下式提取分割电压信号D1(n)；
[0033]D1(n)＝D(n)
‑
g(x,y)
[0034]上式中，D(n)为电压包络线。
[0035]可选地，步骤S301中从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，包括：S101，针对被测模拟电压信号X(t)，采用Hilbert变换提取电压包络线D(n)；S102，从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取分割电压信号D1(n)；S103，基于分割电压信号D1(n)计算电压暂降参数，根据电压暂降参数判断是否发生电压暂降。2.根据权利要求1所述的基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，步骤S101中采用Hilbert变换提取电压包络线D(n)包括：S201，针对被测模拟电压信号X(t)，采用Hilbert变换得到Hilbert变换结果Y(t)；S202，将被测模拟电压信号X(t)和Hilbert变换结果Y(t)组成复共轭对；S203，将组成复共轭对得到的解析信号Z(t)进行离散化处理得到电压包络线D(n)。3.根据权利要求2所述的基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，步骤S201中采用Hilbert变换得到Hilbert变换结果Y(t)的函数表达式为：上式中，t为采样信号时长，X(τ)为被测模拟电压信号对于积分时间变量τ的函数，τ为积分时间变量。4.根据权利要求2所述的基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，步骤S202中组成复共轭对的函数表达式为：Z(t)＝X(t)+jY(t)＝a(t)e
iθ(t)
，上式中，Z(t)为得到的解析信号，j为虚数单位，a(t)为瞬时幅值，θ(t)为相位，且有：5.根据权利要求2所述的基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，步骤S203中进行离散化处理得到电压包络线D(n)的函数表达式为：D(n)＝|Z(n)|＝|a(n)e
iθ(n)
|＝|a(n)|上式中，Z(n)为第n个解析信号，a(n)为Z(n)的瞬时幅值，θ(n)为Z(n)的相位，i为虚数单位。6.根据权利要求1所述的基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，步骤S102包括：S301，从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取两个阈值T1和T2，并根据下式将电压包络线D(n)进行信号二值分割，得到二值分割信号g(x,y)；上式中，f(x,y)为电压包络线D(n)中的电压信号；S302，在得到二值分割信号g(x,y)的基础上，根据下式提取分割电压信号D1(n)；D1(n)＝D(n)
‑
g(x,y)
上式中，D(n)为电压包络线。7.根据权利要求6所述的基于Hilbert变换和Otsu分割的电压暂降检测方法，其特征在于，步骤S301中从电压包络线D(n)使用Otsu分割提取两个阈值T1和T2包括：S401，分别将...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞乾，徐勇，何海零，陈宏，何军民，李宁，曾麟，向运琨，何哲，万程，
申请(专利权)人：国网湖南综合能源服务有限公司，
类型：发明
国别省市：