[发明专利]基于小波分析的风力发电低电压穿越检测设备及方法

权利要求书

1.一种基于小波分析的风力发电低电压穿越检测设备，其特征在于：该设备包括机箱接线端子及依次连接的电压传感器、抗频谱混叠滤波器、数据采集板及工控机，被测信号经过机箱接线端子转变为模拟信号，首先经过电压传传感器和抗频谱混叠滤波器处理环节后，由数据采集板来进行数据采集，采集到的数据送到工控机，由工控机通过安装在其内的LabVIEW软件程序发送到网络通信、仪器控制及数据输出。

2.根据权利要求1所述的基于小波分析的风力发电低电压穿越检测设备，其特征在于：所述电压传感器采用的型号为WBV411D07，所述数据采集板采用的型号为NI PCI-6133。

3.一种基于小波分析的风力发电低电压穿越检测设备的方法，其特征在于包括步骤如下：

（1）设计一种基于数学形态学的滤波器对信号进行去噪处理，利用预先定义的结构元对信号进行匹配或局部修正，对集中于物体形态中的各种形态分量进行分解、提取或者变形，从而达到提取信号、保持细节和抑制噪声的目的；

（2）利用小波变换奇异性检测原理经过多层分解来对暂态电能质量扰动进行定位和检测。

4.根据权利要求3所述的基于小波分析的风力发电低电压穿越检测设备的方法，其特征在于：所述步骤（1）的具体方法步骤为：

①预先定义结构单元

基于数学形态学处理方法的结构元素填充探测，影响滤波性能的关键因素是结构元素形状的选取，结构元素的选择主要包括结构元素的形状，也就是结构元素的直线、矩形、椭圆、余弦、宽度以及高度，为了提高计算速度，选取直线型结构元素；

②对信号进行匹配，并对匹配后的数据进行修正

对不同的信号确定结构元素长度的选取，结构元素长度的选择范围：

L=f_s/2/f₁

式中，f_s为采样频率，该长度的结构元素可以消除频率大于f₁的信号及噪声，并且为了滤除脉冲噪声，直线型结构元素的宽度要大于采样信号中最大脉冲的宽度，

③对信号进行去噪处理

数学形态学的运算以腐蚀和膨胀这两种基本运算为基础，并引出开、闭及开闭的级联组合，形态变换分为二值形态变换和多值形态变换，电力采样信号为一维信号，对于一维离散情况下的多值形态变换为：

设f(n)是采样得到的一维多值信号，g(x)为一维结构元素序列，A、B分别为f(n)和g(x)的定义域，A={0,1,2,...，N-1}，B={0,1,2,...,M-1}，且有M<N，则离散信号f(n)(n∈A)关于g(x)的形态腐蚀和膨胀运算分别定义为：

(fΘg)(n)=min[f(n+m)-g(m)]

                                   ((n+m)∈A,m∈B)

(f⊕g)(n)=max[f(n-m)+g(m)]

                                  ((n-m)∈A,m∈B)

式中，Θ为腐蚀运算；⊕为膨胀运算；n=1,2,...,N；

先腐蚀后膨胀就构成了开运算，而先膨胀后腐蚀就构成了闭运算，开运算和闭运算分别定义为：

(fоg)(n)=(fΘg⊕g)(n)

(f·g)(n)=(f⊕gΘg)(n)

这里我们构造一类广义开-闭和闭-开滤波器，定义为：

G_OC(f(n))=(fоg₁·g₂)(n)

G_CO(f(n))=(f·g₁оg₂)(n)

对于开-闭滤波器，先利用开运算滤除正脉冲噪声，同时增强了负脉冲噪声，再利用长度大于前级的结构元素进行闭运算，消除增强了的负脉冲噪声，而对于闭-开滤波器也是同样；

在电力信号检测时，先应确定最佳权系数，但为了提高计算速度，依据广义形态滤波中存在的统计偏移现象，广义开-闭滤波器的输出幅值小而广义闭-开滤波器的输出幅值大，可直接取：

y(n)=Goc(f(n))2+Gco(f(n))2]]>

即选取上面两式平均值滤除白噪声和脉冲噪声。

5.根据权利要求3所述的基于小波分析的风力发电低电压穿越检测设备的方法，其特征在于：所述步骤（1）的具体方法步骤为：

①确定小波变换基小波

设θ(t)是一个起平滑作用的低通平滑函数，并且满足以下条件

∫-∞∞θ(t)dt=1---(3-28)]]>

和lim|t|→∞θ(t)=0---(3-29)]]>

由Fourier变换的原理可知，其导数ψ⁽¹⁾(t)必定是带通函数，且满足小波的可容许条件；

②对暂态电能质量扰动进行定位，此时对去噪后信号f(t)对应的连续小波变换为：

Wψf(s,u)=f(t)*ψs(1)(t)=f(t)*(s1/2dθs(t)dt)=s1/2ddt[f(t)*θs(t)]]]>

即信号经平滑后再求导，其相当于直接用平滑函数的导数对信号处理，对于各种暂态电能质量信号，在发生时刻和结束时刻电压波形中都会出现一个突变，通过小波变换可将这个突变放大出来，从而可以检测出这一突变，即可检测出风电机组低电压穿越起止的时刻以及幅值。