一種基于時頻聚集特性準則s變換的電壓暫降檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，其步驟包括：獲取配電網(wǎng)中出現(xiàn)的電壓暫降擾動待測信號；將得到的電壓暫降擾動信號模型進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；利用時頻聚集特性準則對改進S變換方法中的高斯時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)進行優(yōu)化選取，替換掉利用經(jīng)驗值進行選取的高斯時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)，并利用改進后的S變換對步驟二中的待測數(shù)字信號進行特征量的提取、檢測、分析。本發(fā)明通過利用改進S變換在分析信號過程中的時頻聚集特性表達式的值達到最大這一約束條件來優(yōu)化選取高斯窗口函數(shù)的條件參數(shù)，并將改進后的S變換用于對電壓暫降特征量的提取、檢測與分析中，本發(fā)明在暫態(tài)電能質(zhì)量信號方面具有更高的檢測精度以及信號去噪能力。
【專利說明】一種基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，屬于暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號分析領域，特別適合配電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓暫降時暫態(tài)信號特征量的提取、檢測與分析。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，不同程度的電壓暫降、暫升、短時中斷以及暫態(tài)振蕩等暫態(tài)電能質(zhì)量擾動問題已經(jīng)給機場、銀行、精密電子元器件制造業(yè)、計算機網(wǎng)絡和服務監(jiān)控中心等場所造成重大的經(jīng)濟損失。為采取合理的措施治理暫態(tài)電能質(zhì)量問題，必須加快建立有效的電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，而其中第一步也是最關(guān)鍵的一步就是對各種暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號及時準確地檢測、定位與分析。
[0003]目前，對暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號檢測與分析方法主要包括:短時傅立葉變換(Short Time Fourier Transform, STFT)檢測方法、小波變換(wavelet transform, WT)檢測法、S變換(S-transform, ST)檢測方法等。
[0004]短時傅里葉變換在捕捉波動諧波等突變信號上始終存在著先天性的不足:時間定位不準確、要求各個分析尺度大致相同、而且變換的離散形式?jīng)]有正交展開，難以實現(xiàn)高效運算。
[0005]小波變換理論較短時傅里葉變換和S變換而言難理解，運算復雜；小波變換結(jié)果與小波函數(shù)的選取密切相關(guān)，在目前的研究下，還沒有相應的選擇小波母函數(shù)的理論依據(jù)，多數(shù)情況下還是依據(jù)前人的經(jīng)驗和成果；另外，小波變換對以時域特征變化為主的擾動(如電壓突升、電壓暫降)不易進行分辨。
[0006]基本S變換方法由Stockwell等人于1996年提出，其思想是對短時傅立葉變換和小波變換的組合和拓展。與短時傅里葉變換相比，由于基本S變換將頻率引入到了高斯窗口函數(shù)中，所以克服了 STFT窗函數(shù)不易確定的問題；與小波變換相比，基本S變換的結(jié)果更加直觀和易于理解，且在高頻部分比連續(xù)小波變換分解更細致。但是基本S變換的缺陷也很明顯:不論待分析的信號有什么特點，高斯窗口函數(shù)的標準差都是頻率的倒數(shù)，其隨頻率的變化趨勢不變，也即高斯窗口函數(shù)形態(tài)固定，很難保證在具有較高的頻率分辨率的同時又具有較高的時間分辨率，這就限制了其在分析不同信號對象時的靈活性和實用性，極大地限制了基本S變換在復雜暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號分析中的優(yōu)勢。
[0007]為此許多學者對基本S變換的窗口函數(shù)進行了改進，對基本S變換中的高斯窗函數(shù)加入了一個時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)，通過調(diào)節(jié)此參數(shù)，基本S變換中的高斯窗函數(shù)的時頻窗口特性就能隨之呈現(xiàn)出各種不同的變化趨勢，避免了基本S變換的高斯窗函數(shù)時頻分辨率變化趨勢固定不變的問題，在應用中具有一定的適應性和靈活性。但是，目前對加入的這個時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)的選取受限于測不準原理(uncertainty principle),即信號的時間分辨率和頻率分辨率不能同時達到最優(yōu)，必須有一個折中。所以目前對高斯窗口函數(shù)加入的調(diào)節(jié)參數(shù)只能根據(jù)大量的實驗結(jié)果初步判定參數(shù)的取值范圍，再根據(jù)經(jīng)驗值進行選取，這樣會對暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號的檢測分析帶來一定的人為誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了滿足對暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號進行精確、及時地檢測與分析，最大程度地發(fā)揮基本S變換在信號分析中的優(yōu)勢，在對基本S變換以及改進S變換的高斯窗口函數(shù)分析研究的基礎之上，本發(fā)明提出了一種時頻聚集特性準則S變換改進方法對暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號進行提取、檢測與分析。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，包括以下步驟:
步驟一:獲取配電網(wǎng)中出現(xiàn)的電壓暫降擾動待測信號；
步驟二:將步驟一中得到的電壓暫降擾動信號模型進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，包括信號的采樣、離散化，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
步驟三:利用時頻聚集特性準則對改進S變換方法中的高斯時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)進行優(yōu)化選取，替換掉利用經(jīng)驗值進行選取的高斯時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)，并利用改進后的S變換對步驟二中的待測數(shù)字信號進行特征量的提取、檢測、分析，確定電壓暫降擾動信號的特征量，包括暫降的起止時刻、持續(xù)時間、暫降幅值、諧波以及相位的跳變等，為下一步加快建立有效的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)作準備。
[0010]進一步，步驟三中，所述改進S變換包括如下部分:
(I)基本S變換改進思想
Stockwell等人給出的一維信號Α(?)的連續(xù)S變換可定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，包括以下步驟: 步驟一:獲取配電網(wǎng)中出現(xiàn)的電壓暫降擾動待測信號； 步驟二:將步驟一中得到的電壓暫降擾動信號模型進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，包括信號的采樣、離散化，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 步驟三:利用時頻聚集特性準則對改進S變換方法中的高斯時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)進行優(yōu)化選取，替換掉利用經(jīng)驗值進行選取的高斯時頻窗寬度調(diào)節(jié)參數(shù)，并利用改進后的S變換對步驟二中的待測數(shù)字信號進行特征量的提取、檢測、分析，確定電壓暫降擾動信號的特征量，包括暫降的起止時亥IJ、持續(xù)時間、暫降幅值、諧波以及相位的跳變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，其特征在于:步驟三中，所述改進S變換方法包括如下步驟: A、根據(jù)改進S變換的離散表達式，對于Pe (60,1]范圍內(nèi)的每一個，值，分別計算待分析信號的時頻分布GS^(Tj)； B、任意選定某一初始頻率，對于每個，值，分別帶入時頻聚集特性度量準則表達式
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，其特征在于:所述待分析信號的時頻分布表達式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，其特征在于:在參數(shù)設置方面，步驟A中高斯窗口函數(shù)中的調(diào)節(jié)參數(shù)的取值不大于I ;步驟B中，對于時頻聚集特性度量準則表達式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，其特征在于: 步驟三中，所述改進S變換算法的電壓暫降特征量提取、檢測與分析方法的步驟為: A、對待測電壓信號進行改進S變換運算，得到變換后的復時頻矩陣，對復時頻矩陣進行處理，分離出模值矩陣八I/)和相位矩陣?(τ,/)；B、由模值矩陣Pd/)得到基波幅值曲線圖，從而可以計算出電壓幅值暫降深度JiF； C、由模值矩陣Pfr/)得到高頻頻譜值和曲線圖，從而可以計算出電壓暫降起止時刻以及持續(xù)時間； D、由相位矩陣可以計算得到電壓暫降相位跳變值PH_,從而可以確定電壓暫降信號的相位突變點。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于時頻聚集特性準則S變換的電壓暫降檢測方法，其特征在于:所述的電壓暫降的特征量包括電壓暫降幅值、電壓暫降起止時刻以及電壓暫降持續(xù)時間、電壓暫降相位跳變，各特征量的分析步驟為: a.電壓暫降幅值的檢測: 電壓暫降幅值，即電壓發(fā)生突然下降后的電壓幅值的大小，常以電壓幅值暫降深度Mi?來表示，其中
【文檔編號】G01R19/25GK103995178SQ201410212549
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】黃永紅, 徐俊俊, 陳暉 , 王琪 申請人:江蘇大學