[发明专利]一种电网电压闪变包络参数提取方法

摘要

本发明公开了一种电网电压闪变包络参数提取方法，采用固定采样率采样电网电压闪变波形，改进Teager能量算子能量运算获得闪变包络调幅波分量，加余弦窗进行Chirp‑Z变换，通过改进Chirp‑Z变换提取闪变包络调幅波频率和调幅波幅值的校正因子，闪变包络调幅波幅值通过校正因子校正准确获得；利用改进能量算子和改进Chirp‑Z变换相结合，改进能量算子简化了能量算子闪变包络解调的计算过程，提高了抗噪性；改进Chirp‑Z变换实现了闪变频率分析范围灵活可调，有效克服了非同步采样下的频谱泄露和栅栏效应产生的误差；闪变包络调幅波幅值校正因子减少了能量算子带来的误差，实现了电网电压闪变包络参数实时准确测量。

主权项

一种电网电压闪变包络参数提取方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：对被测的电压闪变信号进行采样和模数转换得到离散信号u(n)，利用改进型Teager能量算子对离散信号进行能量运算，获得含有闪变包络调幅波分量的离散序列ψ[u(n)]，电压闪变信号采样频率为fs和采样点数N；所述改进型Teager能量算子的离散形式为：ψ[x(n)]＝x2(n)‑x(n‑k)x(n+k)其中，n为离散采样时刻，n‑k和n+k分别表示该采样点时刻n的前后k个采样点值，k的取值范围为2～8；步骤2：利用余弦时域窗w(n)对离散序列ψ[u(n)]进行加权处理，得到加权后的离散序列s(n)；步骤3：对加权后的离散序列s(n)做改进型Chirp‑Z变换谱分析得到离散频谱XCZT(k)；其中，所述改进型Chirp‑Z变换谱分析是指对长度为N的离散序列s(n)进行谱分析，其离散频谱表达式为：XCZT(k)=mi2jejθiW[2π(k-ki)/NZ]]]>式中，θi为第i项闪变包络调幅波的初相角；Nz为改进型Chirp‑Z变换数据长度，Nz＝fs·M/(fh‑fl)，[fl,fh]为Chirp‑Z变换的频带分析范围，M为改进型Chirp‑Z变换的细分点数，W(·)为余弦时域窗的离散频谱函数；步骤4：对得到的离散频谱XCZT(k)用多项式逼近的方法获得闪变包络调幅波频率fi的修正算式，从而获得闪变包络调幅波幅值的校正因子Ki；所述闪变包络调幅波频率fi采用以下修正算式计算获得：fi＝kiΔfz+fl＝(η+ki1+0.5)Δfz+fl其中，峰值点ki附近幅值最大和次最大的谱线分别ki1和ki2，ki1≤ki≤ki2＝ki1+1，最大和次最大的谱线对应的幅值分别为yi1＝|XCZT(ki1)|和yi2＝|XCZT(ki2)|，ki为闪变包络调幅波频率fi对应频谱的位置，ki＝(fi‑fl)/Δfz，Δfz为频率分辨率，Δfz＝(fh‑fl)/M；η为闪变包络调幅波频率频谱位置调节参数，η＝ki－ki1－0.5，η取值范围为[‑0.5,0.5]，ξ为闪变包络调幅波频率频谱位置求取设定参数，ξ＝(yi1－yi2)/(yi1+yi2)；且η＝h‑1(ξ)＝H(ξ)，将η在[‑0.5,0.5]内取一组值，由ξ＝h(η)得到对应的ξ的值，调用polyfit(η,ξ,ρ)函数进行反拟合，ρ是拟合逼近多项式的阶数，求出多项式H(ξ)的系数；所述闪变包络调幅波幅值的校正因子Ki：Ki=2sin2(kΩ0)+4sin2(kΩi2)[12-sin2(kΩ0)]]]>式中，Ω0＝2πf0/fs,Ωi＝2πfi/fs，f0为基波频率；步骤5：利用所述校正因子Ki修正获得准确的闪变包络调幅波分量的幅值mi：mi=(yi1+yi2)(NZ·U02·Ki)-1g(η)]]>其中，g(η)表示与闪变包络调幅波频率频谱位置调节参数η有关的多项式；将η在[‑0.5,0.5]内取一组值，由公式的简化式mi＝Nz‑1(yi1+yi2)g(η)得出对应的g(η)值，调用polyfit(η,g(η),ρ)函数求出多项式g(η)的系数，所述含有闪变包络调幅波分量的离散序列ψ[u(n)]计算公式如下：其中，U0、θ0分别为电网基波电压的幅值和初相角；mi、θi`分别为第i项闪变包络调幅波的波动系数和初相角；h为闪变包络调幅波的项数；fi为闪变包络调幅波分量的频率；ψ1(n)为直流分量，ψ2(n)为闪变包络调幅波分量，ψ3(n)为二次谐波分量，ψ4(n)为闪变包络调幅波幅值调制的二次谐波分量。