CN111965408A - 一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法 - Google Patents

一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法 Download PDF

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汪洋
席文兵
王东阳
戴欣
石旭初
曾明杰
王彬
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Abstract

本发明涉及配电网故障检测技术领域，公开了一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法，包括如下步骤S1：设计广义形态滤波器，采用选用不同尺寸的结构元素的算法，通过级联开闭运算，构造一类广义开‑闭滤波器和闭‑开滤波器；S2：在S1中广义形态滤波器滤波的基础上，利用S变换检测电力信号的故障压降深度。与现有技术相比，本发明使用广义形态滤波器，提高信号抗干扰能力，考虑故障压降检测中会产生时移性偏差，加入了调节因子，确保故障零序电压能够在不同调节因子的窗函数作用下变换，提高了故障零序电压幅值检测的精度。

Description

一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检 测方法
技术领域
本发明涉及配电网故障检测技术领域，具体的说是涉及一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法。
背景技术
随着多类型分布式电源的规模化接入以及交直流混合配电技术的应用，配电网由传统的单电源辐射型交流电网衍变成多电源并行供电和交直流混联运行的复杂网络，其故障暂态响应以及故障特征量呈现新特征，这使多类型分布式能源交直流混合电网的故障判断和定位面临了新的挑战。形态滤波器是一种重要的信号处理方法，其通过选取不同长度、不同形状的结构元素，对被测电力信号进行膨胀与腐蚀，从而有效滤除被测电力信号中的干扰分量，保障复杂配电网故障特征量的检测精度。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法，采用广义形态滤波器，通过合适的结构元素，对电网电压进行膨胀与腐蚀，提高电网电压检测的精度，将滤除谐波后的电网电压经过S变换，得到零序电压的幅值。
技术方案：本发明提供了一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
S1：设计广义形态滤波器，采用选用不同尺寸的结构元素的算法，通过级联开闭运算，构造一类广义开-闭滤波器和闭-开滤波器；
所述广义开-闭滤波器可表达为：
Figure BDA0002571427090000012
所述广义闭-开滤波器可表达为：
Figure BDA0002571427090000013
其中，FOC(x(n))表示广义开闭滤波器，x(n)代表待滤波信号，n为采样点数，
Figure BDA0002571427090000011
g1、g2分别代表两个结构元素，·代表闭运算，
Figure BDA0002571427090000014
代表开运算；
S2：在S1中广义形态滤波器滤波的基础上，利用S变换检测零序电压的幅值。
进一步地，所述结构元素的选取直接影响了广义形态滤波器的滤波效果，衡量滤波效果的标准为信噪比与均方根误差；
所选取的结构元素信噪比SNRchoose满足的条件为：
Figure BDA0002571427090000021
所选取的结构元素均方根误差RMSEchoose满足的条件为：
Figure BDA0002571427090000022
其中，i＝1.2.3…n，n为采样点数，ti为各采样时刻，f(ti)为原始故障电网电压，
Figure BDA0002571427090000023
为滤波后的故障电网电压。
进一步地，所述S2中利用S变换检测零序电压的幅值的步骤包括：
步骤1：读取电压参数，初始化因子与存储空间；
步骤2：给因子以0.1步长从0到10赋值，每一步计算窗函数W(τ-t,f)与变换后的零序电压幅值提取量S(τ,f)；
Figure BDA0002571427090000024
Figure BDA0002571427090000025
其中，τ为时间，用于控制窗函数在时间轴上的平移，X(t)为待变换的零序电压信号，f为频率；
步骤3：根据最终得到的图像给出零序电压的幅值。。
有益效果：
本发明使用广义形态滤波器时，提高信号抗干扰能力。考虑到零序电压检测中会产生时移性偏差，因此加入了调节因子，确保故障零序电压能够在不同调节因子的窗函数作用下变换，提高了故障零序电压幅值检测的精度。
附图说明
图1为基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测决策图；
图2为S变换的算法流程图；
图3为故障后电网电压波形图；
图4为经广义形态滤波器滤波后的电网电压波形图；
图5为经100Hz低通滤波器滤波后的波形图；
图6为零序电压波形图；
图7为经S变换检测出的零序电压幅值图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明专利的具体实施方案做更加明确完整地描述。
如图1所示，基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法决策图，检测方法主要包括两个步骤，分别是：
步骤1：设计广义形态滤波器。
广义形态滤波器是采用一种选用不同尺寸的结构元素的算法，通过级联开闭运算，构造了一类广义开-闭和闭-开滤波器。
广义开-闭滤波器可表达为：
Figure BDA0002571427090000035
广义闭-开滤波器可表达为：
Figure BDA0002571427090000036
其中，FOC(x(n))表示广义开闭滤波器，x(n)代表待滤波信号，n为采样点数，
Figure BDA0002571427090000034
g1、g2分别代表两个结构元素，·代表闭运算，
Figure BDA0002571427090000037
代表开运算；
结构元素的选取直接影响了广义形态滤波器的滤波效果，而衡量滤波效果的标准为为信噪比(SNR)与均方根误差(RMSE)。
信噪比(SNR)可表示为：
Figure BDA0002571427090000031
均方根误差(RMSE)可表示为：
Figure BDA0002571427090000032
式中，i＝1.2.3…n，n为采样点数，ti为各采样时刻，f(ti)为原始电力信号，
Figure BDA0002571427090000033
为滤波后的电力信号。
所取的结构元素信噪比SNRchoose满足的条件为：
Figure BDA0002571427090000041
所取的结构元素均方根误差RMSEchoose满足的条件为：
Figure BDA0002571427090000042
其中，i＝1.2.3…n，n为采样点数，ti为各采样时刻，f(ti)为原始故障电网电压，
Figure BDA0002571427090000043
为滤波后的故障电网电压。
步骤2：利用S变换检测零序电压的幅值。
1)读取电压参数，初始化因子与存储空间。
2)给调节因子以0.1步长从0到10赋值，每一步计算窗函数W(τ-t,f)与变换后的压降提取量S(τ,f)。
Figure BDA0002571427090000044
Figure BDA0002571427090000045
其中，τ为时间，用于控制窗函数在时间轴上的平移，X(t)为待变换的零序电压信号，f为频率。
3)根据最终得到的图像给出零序电压的幅值。
如图3所示，以图3中的原始电网电压的波形图为例，其包含较多的谐波。经广义形态滤波器滤波后，如图4所示，谐波分量明显减少。原始电网电压经100Hz低通滤波器滤波后仍有大量谐波存在，如图5所示，所以，广义形态滤波器较普通滤波器滤波效果更好。如图6所示，其为零序电压的波形图，经S变换后得到零序电压的幅值为0.3，如图7所示。
综上所述，本发明使用广义形态滤波器时，提高信号抗干扰能力。考虑到零序电压检测中会产生时移性偏差，加入了调节因子，确保故障零序电压能够在不同调节因子的窗函数作用下变换，提高了故障零序电压幅值检测的精度。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：
S1：设计广义形态滤波器，采用选用不同尺寸的结构元素的算法，通过级联开闭运算，构造一类广义开-闭滤波器和闭-开滤波器；
所述广义开-闭滤波器可表达为：
Figure FDA0002571427080000011
所述广义闭-开滤波器可表达为：
Figure FDA0002571427080000012
其中，FOC(x(n))表示广义开闭滤波器，x(n)代表待滤波信号，n为采样点数，
Figure FDA0002571427080000013
g1、g2分别代表两个结构元素，·代表闭运算，
Figure FDA0002571427080000014
代表开运算；
S2：在S1中广义形态滤波器滤波的基础上，利用S变换检测零序电压的幅值。
2.根据权利要求1所述的基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法，其特征在于，所述结构元素的选取直接影响了广义形态滤波器的滤波效果，衡量滤波效果的标准为信噪比与均方根误差；
所选取的结构元素信噪比SNRchoose满足的条件为：
Figure FDA0002571427080000015
所选取的结构元素均方根误差RMSEchoose满足的条件为：
Figure FDA0002571427080000016
其中，i＝1.2.3…n，n为采样点数，ti为各采样时刻，f(ti)为原始故障电网电压，
Figure FDA0002571427080000017
为滤波后的故障电网电压。
3.根据权利要求1所述的基于形态滤波器的交直流混合电网故障零序电压幅值检测方法，其特征在于，所述S2中利用S变换检测零序电压的幅值的步骤包括：
步骤1：读取电压参数，初始化因子与存储空间；
步骤2：给因子以0.1步长从0到10赋值，每一步计算窗函数W(τ-t,f)与变换后的零序电压幅值提取量S(τ,f)；
Figure FDA0002571427080000021
Figure FDA0002571427080000022
其中，τ为时间，用于控制窗函数在时间轴上的平移，X(t)为待变换的零序电压信号，f为频率；
步骤3：根据最终得到的图像给出零序电压的幅值。
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