一种电能质量检测装置
阅读：232发布：2023-01-26
专利汇可以提供一种电能质量检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型 实施例 公开了一种 电能 质量 检测装置。本实用新型技术方案由于根据低频 电压 信号 的Teager 能量 算子，该低频电压信号构成的对称 差分信号 的Teager能量算子，和获取的 采样 数据，获取该低频电压信号的瞬时幅值，从而判断该低频电压信号的扰动的类型和/或低频电压信号的扰动的起止时刻。与 现有技术 相比，该技术方案可以更快速、简洁、有效，且能实时捕获信号的能量 波动 、 跟踪 被测低频电压信号 波形 变化。，下面是一种电能质量检测装置专利的具体信息内容。
1.一种电能质量检测装置，其特征在于，包括：模数转换单元，获取低频单元，获取瞬时幅值单元，获取周波幅值单元，和判断单元；
所述模数转换单元，用于将输入的模拟电压信号转换为数字电压信号；
所述获取低频单元，用于从数字电压信号中分解出低频电压信号；
所述获取瞬时幅值单元，用于根据所述低频电压信号的Teager能量算子，和所述低频电压信号的构成的对称差分信号的Teager能量算子，获取所述低频电压信号的瞬时幅值；
所述获取周波幅值单元，用于根据分解出的低频电压信号，获取所述低频电压信号的周波幅值；
所述判断单元，用于根据获取的低频电压信号的瞬时幅值，和获取的周波幅值，判断所述低频电压信号的扰动类型和/或所述低频电压信号的扰动起止时刻。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
移动平均滤波单元，用于对获取的低频电压信号的瞬时幅值进行移动平均滤波处理。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述获取低频单元具体为：
小波变换单元，用于根据小波变换原理，从数字电压信号中分解出低频电压信号。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述获取低频单元具体为：
滤波单元，用于滤除电压信号中的高频电压信号，从而从数字电压信号中分解出低频电压信号。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模数转换单元具体为：高速模数转换器。
一种电能质量检测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电能质量检测技术领域，具体涉及一种电能质量检测装置。 背景技术
[0002] 近年来，随着电力电子装置以及非线性、冲击性负荷的广泛应用，使得电网中的电压和电流波形畸变越来越严重，造成了诸如电压暂升、电压暂降、电压短时中断以及高频瞬态扰动等暂态电能质量问题。为及时改善这些问题，满足计算机、微电子、通信等许多敏感用户对电能质量提出的高要求，必须对暂态电能质量扰动进行有效、快速、准确检测和定位。
[0003] 最早应用的检测方法通过对波形相邻周期点对点(point-to-point)的比较直接判断和检测波形的畸变点。当差值超出设定的阈值时，可判定扰动发生。 [0004] 该检测方法概念清晰，计算简单，但不足之处就是对一些周期性变化的扰动不敏感，而且易受噪声干扰。近几年，小波技术被广泛应用于电能质量的检测与分析处理，小波变换特有的尺度伸缩功能使其具有很强的时频局部化能力，能有效地检测到非平稳信号的瞬时成分；它能够检测到信号发生突变的时刻，对高频瞬态扰动进行检测和定位，取得很好的效果。在对现有技术的研究和实践过程中，本实用新型的发明人发现，对于低频扰动，如电压暂降、电压暂升、短时中断等方面检测却存在一定的局限性。实用新型内容
[0005] 本实用新型实施例提供一种电能质量检测装置。
[0006] 本实用新型实施例提供了一种电能质量检测装置，包括：模数转换单元，获取低频单元，获取瞬时幅值单元，获取周波幅值单元，和判断单元；
[0007] 所述模数转换单元，用于将输入的模拟电压信号转换为数字电压信号； [0008] 所述获取低频单元，用于从数字电压信号中分解出低频电压信号； [0009] 所述获取瞬时幅值单元，用于根据所述低频电压信号的Teager能量算子，和所述低频电压信号的构成的对称差分信号的Teager能量算子，获取所述低频 电压信号的瞬时幅值；
[0010] 所述获取周波幅值单元，用于根据分解出的低频电压信号，获取所述低频电压信号的周波幅值；
[0011] 所述判断单元，用于根据获取的低频电压信号的瞬时幅值，和获取的周波幅值，判断所述低频电压信号的扰动类型和/或所述低频电压信号的扰动起止时刻。 [0012] 优选的，所述装置还包括：
[0013] 移动平均滤波单元，用于对获取的低频电压信号的瞬时幅值进行移动平均滤波处理。
[0014] 优选的，所述获取低频单元具体为：
[0015] 小波变换单元，用于根据小波变换原理，从数字电压信号中分解出低频电压信号。 [0016] 优选的，所述获取低频单元具体为：
[0017] 滤波单元，用于滤除电压信号中的高频电压信号，从而从数字电压信号中分解出低频电压信号。
[0018] 优选的，所述模数转换单元具体为：高速模数转换器。
[0019] 本实用新型实施例根据低频电压信号的Teager能量算子，该低频电压信号构成的对称差分信号的Teager能量算子，和获取的采样数据，获取该低频电压信号的瞬时幅值，从而判断该低频电压信号的扰动的类型和/或低频电压信号的扰动的起止时刻。与现有技术相比，该技术方案可以更快速、简洁、有效，且能实时捕获信号的能量波动、跟踪被测低频电压信号波形变化。
[0021] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1是本实用新型实施例一提供的一种电能质量检测装置单元示意图。 具体实施方式
[0023] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024] 实施例一、
[0025] 本实用新型实施例提供了一种电能质量检测装置，如图1所示，该电能质量检测装置包括：模数转换单元301，获取低频单元302，获取瞬时幅值单元303，获取周波幅值单元304和判断单元305。
[0026] 其中，模数转换单元301，用于将输入的模拟电压信号转换为数字电压信号； [0027] 需要说明的是，通常有关电网中电能质量检测用仪器都包括模数转换单元301用于将电网中的模拟电压信号和/或电流信号，转换为相应的数字信号。
[0028] 获取低频单元302，用于从数字电压信号中分解出低频电压信号。 [0029] 需要说明的是，实际的电能质量扰动检测中，低频扰动和高频扰动往往同时发生，在Teager能量算子的输出结果中，高频扰动表现出较大幅值，这样对一些低频扰动的检测有干扰。为了减小这种干扰，更全面有效地检测出电网中存在的各种扰动，通常利用小波变换的多分辨率分解，将采集电压波形分成两部分即电压信号的高频细节成分和低频平滑部分。高频扰动直接表现在高频细节部分信号中，而由于小波变换对于高频扰动的检测有优势；从小波变换分解产生的高频细节部分信号中可以直接检测出振荡暂态、脉冲暂态的高频扰动； 同时小波变换分解产生的低频平滑部分信号采用Teager能量算子(TEO)处理方法。
[0030] 还需要说明的是，上述获取低频单元302从电压信号中分解出低频电压信号的具体操作具体可以是由小波变换单元302a来实现获取低频单元，该小波变换单元用于根据小波变换原理，从电压信号中分解出低频电压信号；或者，也可以采用滤波单元302b，用于过滤电压信号中的高频电压信号，从而获取低频电压信号。
[0031] 获取瞬时幅值单元303，用于该低频电压信号的Teager能量算子，和该低频电压信号构成的对称差分信号的Teager能量算子，获取该低频电压信号的瞬时幅值； [0032] 其中，获取瞬时幅值单元，具体用于：根据公式： 获取低频电压信号的瞬时幅值；
[0033] 其中，|a(n)|为低频电压信号的瞬时幅值，Ψ(x(n))为低频电压信号的Teager能量算子，Ψ(s(n))为低频电压信号构成的对称差分信号的Teager能量算子，x(n)为低频电压信号的采样数据。
[0034] 上述获取瞬时幅值的原理可以参考下述推导过程：
[0035] 本申请所说的Teager能量算子是Teager在研究非线性语音建模时，引入了一种非常简单的数学算法，即利用信号相邻三个点跟踪信号的能量，即所谓的非线性能量跟踪算子，称之为Teager能量算子(TEO)；它具有非线性的跟踪信号能量特性，不仅对调幅信号的幅包络和调频信号的频率瞬时变化非常敏感，而且对不同类型的信号能清晰显示不同的TEO结果。该低频电压信号的TEO的计算公式如(1)所示，为：
[0036] ψ[x(n)]＝[x(n)]2-x(n+1)x(n-1) ——————(1)
[0037] 对于一个幅值恒定为A，角频率恒定为Ω，任意初相角为 的正弦信号x，以采用频率为fS进行采样，得到的低频电压信号的离散表达式如(2)所示，为： [0038]
[0039] 其Teager能量算子如(3)所示，为：2 2 2 2
[0040] ψ[x(n)]＝Asin(Ω)≈AΩ ————————(3)
[0041] 其中，x(n-1)、x(n)、x(n+1)为被测低频电压信号的波形中采样后连续的三个采样点。由上面两式可以得出只需要信号的三个采样点，算子就能迅速跟踪被测信号的幅值A和角频率Ω的变化。
[0042] 还需要说明的是，对于低频电能质量暂态扰动(即：电压暂降、电压暂升、电压中断和闪变等)可以建立为同一个数学模型，表现为信号幅值变化，设为a(n)，频率偏移表现为频率变化，可以设为φ(n)，则数学模型为式子(4)：
[0043] x(n)＝a(n)cos((φ(n)) --------(4)
[0044] 其瞬时频率为：
[0045] (连续式) ------(5)
[0046] Ωi(n)＝φ(n)-φ(n-1)(离散式) ------(6)
[0047] 该低频电压信号两个采样点构成的对称差分信号如下式子(7)： [0048] s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]+[(x(n)-x(n-1)]＝x(n+1)-x(n-1)
[0049] 即：s(n)≈-2a(n)sin[Ωi(n)]sin[φ(n)] --------(7)
[0050] 对称差分信号的能量算子为下式子(8)：
[0051] ψ(s(n))＝4a2(n)sin4(Ωi(n)) ------(8)
[0052] 根据式(3)和(8)得出该低频电压信号的频率和幅值分别如下式(9)和(10)所示：
[0053]
[0054]
[0055] 通过Ωi，可求出信号的实际频率为：fi＝fsΩi/2π。
[0056] 其中，本实用新型实施例中主要是根据式子(3)和(8)最终获取该低频 电压信号的瞬时幅值。
[0057] 获取周波幅值单元304，用于根据分解出的低频电压信号，获取该低频电压信号的周波幅值；
[0058] 其中，由于低频电压信号具体可以用数模转换单元301获取的离散的采样数据表示，具体可以是数组，由该数组可以在计算电压有效值的同时获得该电压信号的周波幅值，作为判断单元305中判断低频电压信号扰动的依据。
[0059] 判断单元305，用于根据获取的低频电压信号的瞬时幅值，和获取的周波幅值，判断该低频电压信号的扰动的类型和/或低频电压信号的扰动的起止时刻。 [0060] 需要说明的是，判断单元305中判断该低频电压信号的扰动具体可以是将该低频电压信号的瞬时幅值|a(n)|并与周波幅值相比较以判断低频扰动类型。例如：如果|a(n)|大于110％的周波幅值且持续半个周期到多于一秒钟后恢复正常，可以判断出电压暂升；如果|a(n)|在10％至90％的周波幅值之间且持续半个周期到多于一秒钟后恢复正常，可以判断出电压暂降；如果|a(n)|小于10％的周波幅值且持续半个周期到一分钟恢复正常，可以判断出电压短时中断。
[0061] 其中，根据式子(10)不仅可以判断出低频电压信号的扰动，还可以具体判断出扰动的时间。
[0062] 通过上述对本实用新型实施例提供的一种电能质量检测装置的说明，该装置可以根据低频电压信号的Teager能量算子，该低频电压信号构成的对称差分信号的Teager能量算子，和获取的采样数据，获取该低频电压信号的瞬时幅值，从而判断该低频电压信号的扰动的类型和/或低频电压信号的扰动的起止时刻。与现有技术相比，该装置可以更快速、简洁、有效，且能实时捕获信号的能量波动、跟踪被测低频电压信号波形变化。 [0063] 进一步，该装置还可以包括：移动平均滤波单元306，用于对获取的低频电压信号的瞬时幅值进行移动平均滤波(MAF，Moving Average Filter)处理。
[0064] 则判断单元305根据移动平均滤波单元306处理后的幅值进行判断。 [0065] 通过增加移动平均滤波单元306使得该装置获取的低频电压信号的幅值更准确，便于对该低频电压信号扰动的检测。
[0066] 实施例二、
[0067] 本实用新型实施例提供一种电能质量检测装置，该装置于实施例一提供的一种电能质量检测装置相同，在本实施例具体举例一种更优选的装置。仍然参见图1所示，该装置也包括：模数转换单元301，获取低频单元302，获取瞬时幅值单元303，获取周波幅值单元304和判断单元305。
[0068] 模数转换单元301，具体用于将输入的模拟电压信号转换为数字电压信号； [0069] 获取低频单元302：具体用于从数字电压信号中分解出低频电压信号，获取周波64个连续的低频电压采样数据；
[0070] 其中，假设从数字电压信号中分解出的该低频电压信号的数据模型为x(n)＝a(n)cos(φ(n))，则采样后的64个数据组成的采样数组x[n]，即获取x[0]，x[1]，....，x[63]分别的值。
[0071] 获取瞬时幅值单元303，具体用于根据获取的采样数组，获取该低频电压信号构成的对称差分信号所组成的数组s[n]；根据获取的64个采样数据，获取低频电压信号的TEO，即获取Ψ(x[n])；根据获取的该低频电压信号构成的对称差分信号所组成的数组，获取该数组的TEO，即获取Ψ(s[n])；根据公式： 获取低频电压信号瞬时幅值；
[0072] 其中，对称差分信号可以理解为由64个采样数据中，三个相邻采样点中的两间隔采样点的差，组成的新的数组。用公式可以表示为s[n]＝x[n+1]-x[n-1]，其中，s[n]为该x[n]前后采样点构成的对称差分信号所组成的数组。
[0073] 通常获取瞬时幅值单元303由数字信号处理(DSP，Digital Signal Process)实现。
[0074] 获取周波幅值单元304，用于根据分解出的低频电压信号，获取该低频电 压信号的周波幅值；
[0075] 判断单元305，用于根据获取的低频电压信号的瞬时幅值，和获取的周波幅值，判断该低频电压信号的扰动的类型和/或低频电压信号的扰动的起止时刻。 [0076] 通过上述对本实用新型实施例二提供的一种电能质量检测装置的说明，该装置根据低频电压信号的Teager能量算子，该低频电压信号构成的对称差分信号的Teager能量算子，和获取的采样数据，获取该低频电压信号的瞬时幅值，从而判断该低频电压信号的扰动的类型和/或低频电压信号的扰动的起止时刻。与现有技术相比，该技术方案可以更快速、简洁、有效，且能实时捕获信号的能量波动、跟踪被测低频电压信号波形变化。 [0077] 以上对本实用新型实施例所提供的一种电能质量检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
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