基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法与流程

1.本发明涉及一种基于周期性均值恒虚警（cfar）的电压扰动检测门限设计方法，用于检测超出预期的电压扰动，属于电力系统运行与控制技术领域。


背景技术：

2.电网上面连接了成千上万各式各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网或局部电网的供电品质，使电网电压在不同的用电时刻会出现不同幅度的波动，对电网电压的稳定性检测带来了严重影响。目前电网电压波动经常采用的是对多个周波原始记录采取定时间间隔抽样，然后对采样数据的统计特征与高斯统计特征进行95%置信度估计，当采样数据的统计特征符合高斯统计特征时，认为电网电压波动在合理范围内，否则认为电网电压波动不合理。
3.采用统计方法的电网电压波动分析方法虽然能够获取不合理的电网电压波动，但是它既不能反映当前电网电压波动的合理范围也不能实时反馈出现电压扰动的时刻。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法，利用了电压扰动与用电时间的相关性，在电网电压随用电时间波动的过程中，根据当前电压波动的范围，自适应地检测超出预期的电压扰动，改变了硬阈值下电压波动与用电时间不相关情况下可能引起的过多虚警。
5.为解决上述技术问题，本发明基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法：针对电压周期确知的稳态电网单路电压，设每个正弦信号周期采个数据且采了个正弦信号周期，将其重新构造成行列的矩阵；接着将矩阵每行数据减去其稳态时的电压值，再对矩阵中的每个元素取模的平方；最后，对矩阵的每一行分别采用指数分布的均值恒虚警检测方法设置电压扰动检测门限，当矩阵中某行的电压采样值超过检测门限时，即表示该行电压出现了不期望的扰动。
6.具体包括以下步骤：步骤1，选取一段等间隔采样的正弦信号采样序列，其中，代表采样序列向量，（）代表第个顺序采样数据，代表总的采样数据个数，代表一个正弦信号周期内总的采样个数，代表总共采样的正弦信号周期个数；步骤2，将采样序列向量构造为等周期采样间隔矩阵形式，表示为：
其中，，代表第组等周期间隔采样序列，；步骤3，对向量取零均值为，表示为：步骤4，对中每个元素取平方，定义为，表示为：步骤5，设滑窗长度为，且，设恒虚警概率为，定义比例因子，为正整数；步骤6，设为第的检测因子，，定义第行的检测门限为。
7.相对于统计方法，周期性恒虚警方法利用定时间间隔采样，可以实时地估计出超出当前电压波动预设合理范围的扰动，并且能够给出电网单路电压扰动发生的时刻。本发明利用了均值恒虚警技术，通过滑窗实时估计阈值的方法检测电压扰动的变化时刻，既可以实时地估计出超出当前电压波动预设合理范围的扰动，又能够给出电网单路电压扰动发生的时刻。本发明方法能够适应电压波动变化趋势实时改变检测门限，避免了基于硬阈值门限电压扰动检测引起的过多虚警。
附图说明
8.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
9.图1为基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法流程图。
10.图2为信噪比为20db时的一段带扰动的采样序列重排后的数据。
11.图3为信噪比为20db时周期性恒虚警率为0.1时的电压扰动检测门限阈值变化图。
12.图4为信噪比为20db时周期性恒虚警率为0.01时的电压扰动检测门限阈值变化图。
具体实施方式
13.基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法，如图1
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4所示，针对电压周期确知的稳态电网单路电压，设每个正弦信号周期采个数据且采了个正弦信号周期，将其重新构造成行列的矩阵；接着将矩阵每行数据减去其稳态时的电压值，再对矩阵中的每个元素取模的平方；最后，对矩阵的每一行分别采用指数分布的均值恒虚警检测方法设置电压扰动检测门限，当矩阵中某行的电压采样值超过检测门限时，即表示该行电压出现了不期望的扰动。
14.如图1所示，具体包括以下步骤：步骤1，选取一段等间隔采样的正弦信号采样序列，其中，代表采样序列向量，（）代表第个顺序采样数据，代表总的采样数据个数，代表一个正弦信号周期内总的采样个数，代表总共采样的正弦信号周期个数。
15.步骤2，将采样序列向量构造为等周期采样间隔矩阵形式，表示为：其中，，代表第组等周期间隔采样序列，。
16.步骤3，对向量取零均值为，表示为：步骤4，对中每个元素取平方，定义为，表示为：步骤5，设滑窗长度为，且，设恒虚警概率为，定义，为正整数。
17.步骤6，设为第的检测因子，，定义第行的检测门限为。
18.仿真结果本发明针对基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法仿真。仿真中，假设,，电网电压频率已知为，采样频率为。信噪比为20db时的一段带扰动的采样序列重排后的数据，如图2所示。图2中最上面一行数据存在电压扰动，其它行数据不存在电压扰动。图3与图4是针对图2中最上面一行数据，分别以恒虚警率0.1和0.01获得的电压扰动检测用检测门限，如图3与图4中虚线条所示。从图3与图4中可以看出，当恒虚警率设为0.01时的检测门限明显高于恒虚警率设为0.1时的情况。
19.由上述仿真结果可知，本发明对采样数据构造的矩阵中含有扰动的一行采用零均值恒虚警检测方法设置电压扰动检测门限，当电压采样值超过检测门限时，即表示该行电压出现了不期望的扰动。既可以实时地估计出超出当前电压波动预设合理范围的扰动，又能够给出电网单路电压扰动发生的时刻。
20.上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法，其特征在于：针对电压周期确知的稳态电网单路电压，设每个正弦信号周期采个数据且采了个正弦信号周期，将其重新构造成行列的矩阵；接着将矩阵每行数据减去其稳态时的电压值，再对矩阵中的每个元素取模的平方；最后，对矩阵的每一行分别采用指数分布的均值恒虚警检测方法设置电压扰动检测门限，当矩阵中某行的电压采样值超过检测门限时，即表示该行电压出现了不期望的扰动。2.根据权利要求1所述的基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，选取一段等间隔采样的正弦信号采样序列，其中，代表采样序列向量，代表第个顺序采样数据，，代表总的采样数据个数，代表一个正弦信号周期内总的采样个数，代表总共采样的正弦信号周期个数；步骤2，将采样序列向量构造为等周期采样间隔矩阵形式，表示为：其中，，代表第组等周期间隔采样序列，；步骤3，对向量取零均值为，表示为：步骤4，对中每个元素取平方，定义为，表示为：步骤5，设滑窗长度为，且，设恒虚警概率为，定义比例因子，为正整数；步骤6，设为第的检测因子，，定义第行的检测门限为。

技术总结
本发明公开了基于周期性均值恒虚警的电压扰动检测门限设计方法，针对电压周期T确知的稳态电网单路电压，设每个周期采M个数据且采了N个周期，将其重新构造成M行N列的矩阵；接着将矩阵每行数据减去其稳态时的电压值，再对矩阵中的每个元素取模的平方；最后，对矩阵的每一行分别采用指数分布的均值恒虚警检测方法设置电压扰动检测门限，当矩阵中某行的电压采样值超过检测门限时，即表示该行电压出现了不期望的扰动；本发明既可以实时地估计出超出当前电压波动预设合理范围的扰动，又能够给出电网单路电压扰动发生的时刻，能够适应电压波动变化趋势实时改变检测门限，避免了基于硬阈值门限电压扰动检测引起的过多虚警。值门限电压扰动检测引起的过多虚警。值门限电压扰动检测引起的过多虚警。


技术研发人员：罗耀强 陈俊长
受保护的技术使用者：南京易司拓电力科技股份有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2021/12/3