CN104931772A - 一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法和***，其解调过程包括以下步骤：设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；从采集的电压信号中选取n-i、...、n-2、n-1、n、n+1、n+2、...、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调和数字形态变换，进而求取电压幅值并判断电压暂降是否发生，计算和保存电压幅值和起止时刻。本发明为电压暂降的检测提供了一种高效实时精确的手段。

Description

一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法和***

技术领域

本发明涉及短时电压变动检测领域。更具体地说，本发明涉及一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法和***。

背景技术

电压暂降是供电***中一种突出的电能质量问题，并已成为威胁现代社会各敏感用电设备安全正常工作的主要干扰。为有效治理和改善该类电能质量，必须对电压暂降进行准确快速检测。这对于保障敏感设备安全稳定运行和国民经济的增长具有重大意义。

在分析短时电能质量变动时常采用时频分析工具，近年来由于Teager能量算子具有优良的时间分辨率，能够实时跟踪被测信号的波形变化，已开始运用于电能质量扰动检测。

Teager能量算子在求解扰动电压数据过程中采用固定长度的计算序列H(k)，并通过滑动的计算序列H(k)窗口不断更新采样序列中的元素。尽管基于Teager能量算子的算法简单，但是算法本身的抗噪性能较差。

数字形态滤波是一种非线性滤波，主要根据数字形态学原理，利用结构元素在信号中不断移动，考察信号各部分之间的相互关系，提取有用信号。数字形态滤波所做的形态变换主要包括膨胀运算、腐蚀运算、形态开运算、形态闭运算以及形态开、闭的级联组合运算。由于所作运算主要是布尔运算和少量的加减运算，与一般低通滤波器相比，具有计算简单、实时性高等优势。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种检测电压暂降及其特征量的方法，通过基于Teager能量算子和数字形态变换的算法，不仅能够快速跟踪信号的变化还增强了Teager能量算子本身的抗噪性，提高了电压暂降检测和特征量计算的准确性和实时性。

本发明还有一个目的是提供一种检测电压暂降及其特征量的***。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法，包括以下步骤：

S1：设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；

S2：从采集的电压信号中选取n-i、...、n-2、n-1、n、n+1、n+2、...、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；

S3：对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

S4：分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

S5：由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值；

S6：将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n一1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

优选地，所述第一计算序列包含5个时刻的电压信号。

优选地，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：对电压信号按以下方式组合成第一计算序列：

H(n)＝{x(n-2)，x(n-1)，x(n)，x(n+1)，x(n+2)}，

其中，H(n)表示第一计算序列，x(n)表示n时刻的电压信号；

S22：对第一计算序列中的电压信号按以下公式进行对称差分运算并组合成第二计算序列：

对称差分的函数表达式为：s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]/2，S(n)＝{s(n-1)，s(n)，s(n+1)}，

其中，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号，S(n)表示第二运算序列。

优选地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：对n时刻的电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到瞬时能量的函数：

瞬时能量函数的表达式为：Ψ(x(n))＝x(n)²+x(n-1)x(n+1)，

其中，Ψ(x(n))表示瞬时能量的函数，x(n)表示n时刻的电压信号；

S32：对n时刻的对称差分电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的函数：

瞬时能量的函数表达式为：Ψ(s(n))＝s(n)²+s(n-1)s(n+1)，

其中Ψ(s(n))表示对称差分电压信号的瞬时能量的函数，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号。

优选地，步骤S4具体包括以下步骤：

S41：通过以下公式将n时刻的瞬时能量进行数字转换：

数字形式转换的函数表达式为：

G[f(n)，g(n)]＝{Oc(f(n))+Co(f(n))}/2，

Ψ(x(n))＝f(n)，

Ψ^*(x(n))＝G[f(n)，g(n)]，

Oc(f(n))＝(f○g●g)(n)，

Co(f(n))＝(f●g○g)(n)，

$(f\⊕g)\left(n\right)=\max \{f(n-m)+g\left(m\right)\},$

(f⊙g)(n)＝min{f(n+m)-g(m)}，

g(n)＝{0，0，...，0}，

n＝{1，2，...，55}，

其中，G[f(n)，g(n)]为f(n)的数字变换形态，f(n)为n时刻的瞬时能量Ψ(x(n))，G[f(n)，g(n)]为经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的瞬时能量Ψ^*(x(n))，f(n)为输入序列，g(n)为结构元素序列且元素长度n为55，Oc(f(n))为开闭运算，Co(f(n))为闭开运算，(f○g)(n)为数字形态开运算，(f●g)(n)为数字形态闭运算，为膨胀运算，(f⊙g)(n)为腐蚀运算，n为自然数。

S42：运用步骤S41的方法，得出数字形态转换数字形态变换后的该时刻的对称差分电压信号的瞬时能量Ψ(s^*(n))。

优选地，步骤S5具体包括以下步骤：

根据以下公式求出电压幅值：

电压幅值的表达式为： $\left|A\right|=\mathrm{\Ψ}\left(x^{*}\left(n\right)\right)/\sqrt{\mathrm{\Ψ}(s*\left(n\right))},$

其中，|A|表示电压幅值，Ψ(x^*(n))表示n时刻数字转换后的瞬时能量，Ψ(s^*(n))表示经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的对称拆分电压信号的瞬时能量。

一种基于Teager能量算子解调的电压暂降检查***，包括：

数据采集及存储模块，其设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；

计算序列形成模块，其从采集的电压信号中选取n-i、...、n-2、n-1、n、n+1、n+2、...、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；

瞬时能量计算和数字形态变换模块，其对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

再分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值。

电压暂降的识别及特征量的计算模块，其根据求取的电压幅值来判断电压暂降是否发生，将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n-1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

优选地，所述数据采集及存储模块还包括初始化模块，其分配一定内存作为数据缓冲区，所述数据缓冲区保存采集的多个连续的电压信号并设定采样判定值F，若F＝0，则向第一计算序列中填充新的电压信号，若F＝1，则第一计算序列不再填充新的电压信号，并表示初始化过程处理完成。

优选地，所述计算序列形成模块对电压信号按以下方式组合成第一计算序列：

H(n)＝{x(n-2)，x(n-1)，x(n)，x(n+1)，x(n+2)}，

其中，H(n)表示第一计算序列，x(n)表示n时刻的电压信号；

所述计算序列形成模块对第一计算序列中的电压信号按以下公式进行对称差分运算并组合成第二计算序列：

对称差分的函数表达式为：s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]/2，S(n)＝{s(n-1)，s(n)，s(n+1)}，

其中，x(n)表示n时刻的电压信号，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号，S(n)表示第二运算序列。

优选地，所述瞬时能量计算和数字形态变换模块对电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到瞬时能量的函数：

瞬时能量函数的表达式为：Ψ(x(n))＝x(n)²+x(n-1)x(n+1)，

其中，Ψ(x(n))表示瞬时能量的函数，x(n)表示n时刻的电压信号；

并通过以下公式将瞬时能量进行数字转换：

数字形式转换的函数表达式为：

G[f(n)，g(n)]＝{Oc(f(n))+Co(f(n))}/2，

Ψ(x(n))＝f(n)，

Ψ^*(x(n))＝G[f(n)，g(n)]，

Oc(f(n))＝(f○g●g)(n)，

Co(f(n))＝(f●g○g)(n)，

$(f\⊕g)\left(n\right)=\max \{f(n-m)+g\left(m\right)\},$

(f⊙g)(n)＝min{f(n+m)-g(m)}，

g(n)＝{0，0，...，0}，

n＝{1，2，...，55}，

其中，G[f(n)，g(n)]为f(n)的数字变换形态，f(n)既为n时刻的瞬时能量Ψ(x(n))，G[f(n)，g(n)]既为经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的瞬时能量Ψ^*(x(n))，f(n)为输入序列，g(n)为结构元素序列且元素长度n为55，Oc(f(n))为开闭运算，Co(f(n))为闭开运算，(f○g)(n)为数字形态开运算，(f●g)(n)为数字形态闭运算，为膨胀运算，(f⊙g)(n)为腐蚀运算，n为自然数；

所述瞬时能量计算和数字形态变换模块对n时刻的对称差分电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的函数；

瞬时能量的函数表达式为：Ψ(s(n))＝s(n)²+s(n-1)s(n+1)，

其中Ψ(s(n))表示对称差分电压信号的瞬时能量的函数，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号；

运用同样的方法，得出数字形态转换数字形态变换后的该时刻的对称差分电压信号的瞬时能量Ψ(s^*(n))；

并根据以下公式求出电压幅值：

电压幅值的表达式为： $\left|A\right|=\mathrm{\Ψ}\left(x^{*}\left(n\right)\right)/\sqrt{\mathrm{\Ψ}(s*\left(n\right))},$

其中，|A|表示电压幅值，Ψ(x^*(n))表示n时刻数字转换后的瞬时能量，Ψ(s^*(n))表示经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的对称拆分电压信号的瞬时能量。

本发明的优点在于：本发明采用基于Teager能量算子的解调方法，从采集到的电压信号中选取n-i、...、n-2、n-1、n、n+1、n+2、...、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；再对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；然后分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值；最后将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n-1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

本发明立足于能量解调算法、数字形态变换与能量判决相结合，实现了快速跟踪信号的变化，同时还增强了Teager能量算子本身的抗噪性，提高了电压暂降检测和特征量计算的准确性和实时性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中电压暂降检查***的功能模块示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法，包括以下步骤：

S1：设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；

S2：从采集的电压信号中选取n-i、...、n-2、n-1、n、n+1、n+2、...、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；

S3：对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

S4：分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

S5：由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值；

S6：将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n-1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

其中，所述第一计算序列包含5个时刻的电压信号。

其中，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：对电压信号按以下方式组合成第一计算序列：

H(n)＝{x(n-2)，x(n-1)，x(n)，x(n+1)，x(n+2)}，

其中，H(n)表示第一计算序列，x(n)表示n时刻的电压信号；

S22：对第一计算序列中的电压信号按以下公式进行对称差分运算并组合成第二计算序列：

对称差分的函数表达式为：s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]/2，S(n)＝{s(n-1)，s(n)，s(n+1)}，

其中，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号，S(n)表示第二运算序列。

其中，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：对n时刻的电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到瞬时能量的函数：

瞬时能量函数的表达式为：Ψ(x(n))＝x(n)²+x(n-1)x(n+1)，

其中，Ψ(x(n))表示瞬时能量的函数，x(n)表示n时刻的电压信号；

S32：对n时刻的对称差分电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的函数：

瞬时能量的函数表达式为：Ψ(s(n))＝s(n)²+s(n-1)s(n+1)，

其中Ψ(s(n))表示对称差分电压信号的瞬时能量的函数，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号。

其中，步骤S4具体包括以下步骤：

S41：通过以下公式将n时刻的瞬时能量进行数字转换：

数字形式转换的函数表达式为：

G[f(n)，g(n)]＝{Oc(f(n))+Co(f(n))}/2，

Ψ(x(n))＝f(n)，

Ψ^*(x(n))＝G[f(n)，g(n)]，

Oc(f(n))＝(f○g●g)(n)，

Co(f(n))＝(f●g○g)(n)，

$(f\⊕g)\left(n\right)=\max \{f(n-m)+g\left(m\right)\},$

(f⊙g)(n)＝min{f(n+m)-g(m)}，

g(n)＝{0，0，...，0}，

n＝{1，2，...，55}，

其中，G[f(n)，g(n)]为f(n)的数字变换形态，f(n)为n时刻的瞬时能量Ψ(x(n))，G[f(n)，g(n)]为经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的瞬时能量Ψ^*(x(n))，f(n)为输入序列，g(n)为结构元素序列且元素长度n为55，Oc(f(n))为开闭运算，Co(f(n))为闭开运算，(f○g)(n)为数字形态开运算，(f●g)(n)为数字形态闭运算，为膨胀运算，(f⊙g)(n)为腐蚀运算，n为自然数。

S42：运用步骤S41的方法，得出数字形态转换数字形态变换后的该时刻的对称差分电压信号的瞬时能量Ψ(s^*(n))。

其中，步骤S5具体包括以下步骤：

根据以下公式求出电压幅值：

电压幅值的表达式为： $\left|A\right|=\mathrm{\Ψ}\left(x^{*}\left(n\right)\right)/\sqrt{\mathrm{\Ψ}(s*\left(n\right))},$

其中，|A|表示电压幅值，Ψ(x^*(n))表示n时刻数字转换后的瞬时能量，Ψ(s^*(n))表示经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的对称拆分电压信号的瞬时能量。

如图1所示，一种基于Teager能量算子解调的电压暂降检查***，包括：

数据采集及存储模块，其设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；

计算序列形成模块，其从采集的电压信号中选取n-i、...、n-2、n-1、n、n+1、n+2、...、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；

瞬时能量计算和数字形态变换模块，其对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

再分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬 时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值。

电压暂降的识别及特征量的计算模块，其根据求取的电压幅值来判断电压暂降是否发生，将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n-1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

其中，所述数据采集及存储模块还包括初始化模块，其分配一定内存作为数据缓冲区，所述数据缓冲区保存采集的多个连续的电压信号并设定采样判定值F，若F＝0，则向第一计算序列中填充新的电压信号，若F＝1，则第一计算序列不再填充新的电压信号，并表示初始化过程处理完成。

其中，所述计算序列形成模块对电压信号按以下方式组合成第一计算序列：

H(n)＝{x(n-2)，x(n-1)，x(n)，x(n+1)，x(n+2)}，

其中，H(n)表示第一计算序列，x(n)表示n时刻的电压信号；

所述计算序列形成模块对第一计算序列中的电压信号按以下公式进行对称差分运算并组合成第二计算序列：

对称差分的函数表达式为：s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]/2，S(n)＝{s(n-1)，s(n)，s(n+1)}，

其中，x(n)表示n时刻的电压信号，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号，S(n)表示第二运算序列。

其中，所述瞬时能量计算和数字形态变换模块对电压信号按以下公式进 行teager能量算子运算，得到瞬时能量的函数：

瞬时能量函数的表达式为：Ψ(x(n))＝x(n)²+x(n-1)x(n+1)，

其中，Ψ(x(n))表示瞬时能量的函数，x(n)表示n时刻的电压信号；

并通过以下公式将瞬时能量进行数字转换：

数字形式转换的函数表达式为：

G[f(n)，g(n)]＝{Oc(f(n))+Co(f(n))}2/，

Ψ(x(n))＝f(n)，

Ψ*(x(n))＝G[f(n)，g(n)]，

Oc(f(n))＝(f○g●g)(n)，

Co(f(n))＝(f●g○g)(n)，

$(f\⊕g)\left(n\right)=\max \{f(n-m)+g\left(m\right)\},$

(f⊙g)(n)＝min{f(n+m)-g(m)}，

g(n)＝{0，0，...，0}，

n＝{1，2，...，55}，

其中，G[f(n)，g(n)]为f(n)的数字变换形态，f(n)既为n时刻的瞬时能量Ψ(x(n))，G[f(n)，g(n)]既为经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的瞬时能量Ψ^*(x(n))，f(n)为输入序列，g(n)为结构元素序列且元素长度n为55，Oc(f(n))为开闭运算，Co(f(n))为闭开运算，(f○g)(n)为数字形态开运算，(f●g)(n)为数字形态闭运算，为膨胀运算，(f⊙g)(n)为腐蚀运算，n为自然数；

所述瞬时能量计算和数字形态变换模块对n时刻的对称差分电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的函数；

瞬时能量的函数表达式为：Ψ(s(n))＝s(n)²+s(n-1)s(n+1)，

其中Ψ(s(n))表示对称差分电压信号的瞬时能量的函数，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号；

运用同样的方法，得出数字形态转换数字形态变换后的该时刻的对称差分电压信号的瞬时能量Ψ(s^*(n))；

并根据以下公式求出电压幅值：

电压幅值的表达式为： $\left|A\right|=\mathrm{\Ψ}\left(x^{*}\left(n\right)\right)/\sqrt{\mathrm{\Ψ}(s*\left(n\right))},$

其中，|A|表示电压幅值，Ψ(x^*(n))表示n时刻数字转换后的瞬时能量，Ψ(s^*(n))表示经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的对称拆分电压信号的瞬时能量。

尽管本发明/发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于数字形态变换的电压暂降检查方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；

S2：从采集的电压信号中选取n-i、…、n-2、n-1、n、n+1、n+2、…、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；

S3：对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

S4：分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

S5：由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值；

S6：将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n-1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

2.如权利要求1所述的基于数字形态变换的电压暂降检查方法，其特征在于，所述第一计算序列包含5个时刻的电压信号。

3.如权利要求2所述的基于数字形态变换的电压暂降检查方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：对电压信号按以下方式组合成第一计算序列：

H(n)＝{x(n-2)，x(n-1)，x(n)，x(n+1)，x(n+2)}，

其中，H(n)表示第一计算序列，x(n)表示n时刻的电压信号；

S22：对第一计算序列中的电压信号按以下公式进行对称差分运算并组合成第二计算序列：

对称差分的函数表达式为：s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]/2，S(n)＝{s(n-1)，s(n)，s(n+1)}，

其中，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号，S(n)表示第二运算序列。

4.如权利要求3所述的基于数字形态变换的电压暂降检查方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：对n时刻的电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到瞬时能量的函数：

瞬时能量函数的表达式为：Ψ(x(n))＝x(n)²+x(n-1)x(n+1)，

其中，Ψ(x(n))表示瞬时能量的函数，x(n)表示n时刻的电压信号；

S32：对n时刻的对称差分电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的函数：

瞬时能量的函数表达式为：Ψ(s(n))＝s(n)²+s(n-1)s(n+1)，

其中Ψ(s(n))表示对称差分电压信号的瞬时能量的函数，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号。

5.如权利要求4所述的基于数字形态变换的电压暂降检查方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：

S41：通过以下公式将n时刻的瞬时能量进行数字转换：

数字形式转换的函数表达式为：

G[f(n)，g(n)]＝{Oc(f(n))+Co(f(n))}/2，

Ψ(x(n))＝f(n)，

Ψ^*(x(n))＝G[f(n)，g(n)]，

Oc(f(n))＝(f○g●g)(n)，

Co(f(n))＝(f●g○g)(n)，

$(f\⊕g)\left(n\right)=\max \{f(n-m)+g\left(m\right)\},$

(f⊙g)(n)＝min{f(n+m)-g(m)}，

g(n)＝{0，0，…，0}，

n＝{1，2，…，55}，

其中，G[f(n)，g(n)]为f(n)的数字变换形态，f(n)为n时刻的瞬时能量Ψ(x(n))，G[f(n)，g(n)]为经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的瞬时能量Ψ^*(x(n))，f(n)为输入序列，g(n)为结构元素序列且元素长度n为55，Oc(f(n))为开闭运算，Co(f(n))为闭开运算，(f○g)(n)为数字形态开运算，(f●g)(n)为数字形态闭运算，为膨胀运算，(f⊙g)(n)为腐蚀运算，n为自然数。

S42：运用步骤S41的方法，令f(n)＝Ψ(S(n))，得出数字形态转换数字形态变换后的该时刻的对称差分电压信号的瞬时能量Ψ(s^*(n))。

6.如权利要求5所述的基于数字形态变换的电压暂降检查方法，其特征在于，步骤S5具体包括以下步骤：

根据以下公式求出电压幅值：

电压幅值的表达式为： $\left|A\right|=\mathrm{\Ψ}\left(x^{*}\left(n\right)\right)/\sqrt{\mathrm{\Ψ}\left(s^{*}\left(n\right)\right)},$

其中，|A|表示电压幅值，Ψ(x^*(n))表示n时刻数字转换后的瞬时能量，Ψ(s^*(n))表示经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的对称拆分电压信号的瞬时能量。

7.一种基于Teager能量算子解调的电压暂降检查***，其特征在于，包括：

数据采集及存储模块，其设定采样频率，根据采样频率采集配电网的电压信号；

计算序列形成模块，其从采集的电压信号中选取n-i、…、n-2、n-1、n、n+1、n+2、…、n+i时刻的电压信号组合成第一计算序列，将第一计算序列中的电压信号进行对称差分运算并组合成第二计算序列，其中i＜n；

瞬时能量计算和数字形态变换模块，其对第一计算序列和第二计算序列分别进行Teager能量算子解调，得到n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

再分别对n时刻的电压信号的瞬时能量和n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量进行数字形态变换，得到数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量和数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量；

由数字形态变换后的n时刻的电压信号的瞬时能量除以数字形态变换后的n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的开方得到电压幅值。

电压暂降的识别及特征量的计算模块，其根据求取的电压幅值来判断电压暂降是否发生，将电压幅值与设定的阈值进行比较：

若n-1时刻的电压幅值大于阈值，且n时刻的电压幅值小于阈值，则视n时刻为电压暂降的开始时刻，并记录开始电压暂降的幅值和开始时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值也小于阈值，则视为n时刻为电压暂降的持续时刻，返回步骤S3对n+1时刻的信号继续进行Teager能量算子解调；

若n-1时刻的电压幅值小于阈值，且n时刻的电压幅值不小于阈值，则视为n时刻为电压暂降结束时刻，并记录结束电压暂降的幅值和结束时刻，结束此次电压暂降检查。

8.如权利要求7所述的基于Teager能量算子解调的电压暂降检查***，其特征在于，所述数据采集及存储模块还包括初始化模块，其分配一定内存作为数据缓冲区，所述数据缓冲区保存采集的多个连续的电压信号并设定采样判定值F，若F＝0，则向第一计算序列中填充新的电压信号，若F＝1，则第一计算序列不再填充新的电压信号，并表示初始化过程处理完成。

9.如权利要求8所述的基于Teager能量算子解调的电压暂降检查***，其特征在于，所述计算序列形成模块对电压信号按以下方式组合成第一计算序列：

H(n)＝{x(n-2)，x(n-1)，x(n)，x(n+1)，x(n+2)}，

其中，H(n)表示第一计算序列，x(n)表示n时刻的电压信号；

所述计算序列形成模块对第一计算序列中的电压信号按以下公式进行对称差分运算并组合成第二计算序列：

对称差分的函数表达式为：s(n)＝[x(n+1)-x(n-1)]/2，S(n)＝{s(n-1)，s(n)，s(n+1)}，

其中，x(n)表示n时刻的电压信号，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号，S(n)表示第二运算序列。

10.如权利要求9所述的基于Teager能量算子解调的电压暂降检查***，其特征在于，所述瞬时能量计算和数字形态变换模块对电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到瞬时能量的函数：

瞬时能量函数的表达式为：Ψ(x(n))＝x(n)²+x(n-1)x(n+1)，

其中，Ψ(x(n))表示瞬时能量的函数，x(n)表示n时刻的电压信号；

并通过以下公式将瞬时能量进行数字转换：

数字形式转换的函数表达式为：

G[f(n)，g(n)]＝{Oc(f(n))+Co(f(n))}/2，

Ψ(x(n))＝f(n)，

Ψ^*(x(n))＝G[f(n)，g(n)]，

Oc(f(n))＝(f○g●g)(n)，

Co(f(n))＝(f●g○g)(n)，

$(f\⊕g)\left(n\right)=\max \{f(n-m)+g\left(m\right)\},$

(f⊙g)(n)＝min{f(n+m)-g(m)}，

g(n)＝{0，0，…，0}，

n＝{1，2，…，55}，

其中，G[f(n)，g(n)]为f(n)的数字变换形态，f(n)既为n时刻的瞬时能量Ψ(x(n))，G[f(n)，g(n)]既为经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的瞬时能量Ψ^*(x(n))，f(n)为输入序列，g(n)为结构元素序列且元素长度n为55，Oc(f(n))为开闭运算，Co(f(n))为闭开运算，(f○g)(n)为数字形态开运算，(f●g)(n)为数字形态闭运算，为膨胀运算，(f⊙g)(n)为腐蚀运算，n为自然数；

所述瞬时能量计算和数字形态变换模块对n时刻的对称差分电压信号按以下公式进行teager能量算子运算，得到n时刻的对称差分电压信号的瞬时能量的函数；

瞬时能量的函数表达式为：Ψ(s(n))＝s(n)²+s(n-1)s(n+1)，

其中Ψ(s(n))表示对称差分电压信号的瞬时能量的函数，s(n)表示n时刻的对称差分电压信号；

运用同样的方法，得出数字形态转换数字形态变换后的该时刻的对称差分电压信号的瞬时能量Ψ(s^*(n))；

并根据以下公式求出电压幅值：

电压幅值的表达式为： $\left|A\right|=\mathrm{\Ψ}\left(x^{*}\left(n\right)\right)/\sqrt{\mathrm{\Ψ}\left(s^{*}\left(n\right)\right)},$

其中，|A|表示电压幅值，Ψ(x^*(n))表示n时刻数字转换后的瞬时能量，Ψ(s^*(n))表示经过数字形态转换数字形态变换的n时刻的对称拆分电压信号的瞬时能量。