本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力沖擊負載檢測方法。

背景技術(shù)：

隨著大量電力電子工業(yè)負載的應(yīng)用，使得電網(wǎng)負荷逐漸呈現(xiàn)隨時間動態(tài)波動，甚至沖擊性的特點，如煉鋼廠的電弧爐、軋鋼機、港口的塔吊、城市輕軌及電動汽車充電站等，都為典型的沖擊性負載。其特征為電流隨負載的啟動與停止，呈現(xiàn)周期性的劇烈波動，其幅值大小可在秒級時間內(nèi)出現(xiàn)大幅變動，同時造成電壓也出現(xiàn)波動。由于傳統(tǒng)的電測量儀表，都是針對穩(wěn)態(tài)負載設(shè)計，其采用矩形窗方式，來計算電壓、電流有效值，以及有功功率等重要參數(shù)。

但這些儀表應(yīng)用于沖擊性負載時，由于負載電流在短時間內(nèi)出現(xiàn)快速的變化，因此變化期間的波形，富含豐富的頻譜信息，若采用矩形窗來截斷，進行電壓、電流及功率計算，將會引入非同步噪聲，造成結(jié)果出現(xiàn)異常波動。從而無法正確檢測沖擊性負載的電力參數(shù)，影響電網(wǎng)正常運行。

目前專門針對沖擊性負載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，其通過一片高速ad芯片，采用單周期電能快速算法，確保波動負荷下電能計量準確度,這種方法還是采用矩形窗截斷，只是用很短的矩形窗，同時提高采樣速率來解決沖擊負載電流波動造成的誤差影響。這種方法可以用于全波電壓、電流及功率計算，但無法準確分析短時間波動電流的頻譜信息，從而導(dǎo)致了無法準確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供的一種電力沖擊負載檢測方法，解決了目前專門針對沖擊性負載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例提供的一種電力沖擊負載檢測方法，包括：

對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，所述采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號；

通過所述特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)所述頻率和所述衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位；

通過所述幅值和所述初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率。

優(yōu)選地，對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，所述采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號之前還包括：

獲取到所述采樣序列x(0),x(1),x(2),l,x(n-1)，且所述采樣序列x(0),x(1),x(2),l,x(n-1)對應(yīng)構(gòu)成的所述數(shù)據(jù)矩陣為其中，m＞k，l＞p，m+l-1＝n。

優(yōu)選地，對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值具體包括：

對與所述數(shù)據(jù)矩陣x進行奇異值分解，獲取到對應(yīng)的特征向量；

根據(jù)所述特征向量進行計算確定對應(yīng)的特征值。

優(yōu)選地，對與所述數(shù)據(jù)矩陣進行奇異值分解，獲取到對應(yīng)的特征向量具體包括：

對數(shù)據(jù)矩陣x進行奇異值分解得到x＝lσu^h，其中，(·)^h表示共軛轉(zhuǎn)置，l和u分別是l×l,m×m維酉矩陣，σ為l×m的對角陣，且主對角元素是矩陣x的奇異值的降序排列，確定u的列向量是數(shù)據(jù)矩陣x的右特征向量，并根據(jù)所述右特征向量確定對應(yīng)的特征向量。

優(yōu)選地，根據(jù)所述右特征向量確定對應(yīng)的特征向量具體包括：

對所述右特征向量分解為信號子空間us和噪聲子空間un得到u＝[us|un]，其中us的列向量為數(shù)據(jù)矩陣x最大的奇異值對應(yīng)的特征向量。

優(yōu)選地，根據(jù)所述特征向量進行計算確定對應(yīng)的特征值具體包括：

令un＝(u1/最后一行)＝(第一行/u2)，即u1、u2分別為un去掉最后一行，去掉第1行得到的矩陣ψ，再令進行特征值分解，得矩陣ψ的特征值λk，k＝1,2,l,k，k為數(shù)據(jù)矩陣x最大的奇異值的個數(shù)。

優(yōu)選地，通過所述特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算具體包括：

設(shè)其中，k為所述電壓/電流信號的正弦分量的個數(shù)，ak為第k個所述正弦分量的幅值，φk為第k個所述正弦分量的初始相位，αk表示第k個所述正弦分量的衰減系數(shù)，fk表示第k個所述正弦分量的頻率，ts表示采樣間隔，w(n)表示白噪聲；

根據(jù)所述特征值λk結(jié)合第一特征公式和第二特征公式分別計算所述頻率fk和衰減系數(shù)αk；

其中，所述第一特征公式為所述第二特征公式為

優(yōu)選地，根據(jù)所述頻率和所述衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位具體包括：

通過最小二乘法計算所述電壓/電流信號的所述正弦分量的幅值和初始相角。所述最小二乘法的計算步驟包括：

令

根據(jù)第一預(yù)置公式a＝(λ^hλ)^-1λ^hxn＝[a1a2lak]進行矩陣a的計算；

根據(jù)第二預(yù)置公式、第三預(yù)置公式，并結(jié)合所述矩陣a，進行第k個所述正弦分量的所述幅值和所述初始相位的計算；

其中，所述第二預(yù)置公式為ak＝2|ak|,所述第三預(yù)置公式為φk＝angle(ak)。

優(yōu)選地，通過所述幅值和所述初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率具體包括：

通過所述幅值和所述初始相位根據(jù)第四預(yù)置公式、第五預(yù)置公式、第六預(yù)置公式、第七預(yù)置公式分別計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率；

其中，所述第四預(yù)置公式為u0＝2|au0|，所述第五預(yù)置公式為i0＝2|ai0|，所述第六預(yù)置公式為所述第七預(yù)置公式為p0＝u0i0cos(φi0-φu0)。

優(yōu)選地，所述采樣序列為三相電壓與電流采樣值信號。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供的一種電力沖擊負載檢測方法，包括：對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號；通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位；通過幅值和初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率。本實施例中，通過對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號；通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位；通過幅值和初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率，解決了目前專門針對沖擊性負載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種電力沖擊負載檢測方法一個實施例的流程示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供的一種電力沖擊負載檢測方法，解決了目前專門針對沖擊性負載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種電力沖擊負載檢測方法一個實施例包括：

101、對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號；

本實施例中，需要基于esprit的電力沖擊負荷檢測時，首先需要對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號。

必須說明的是，對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號之前還包括：

獲取到采樣序列x(0),x(1),x(2),…,x(n-1)，且采樣序列x(0),x(1),x(2),…,x(n-1)對應(yīng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)矩陣為其中，m＞k，l＞p，m+l-1＝n。

事實上，對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值具體包括：

對與數(shù)據(jù)矩陣x進行奇異值分解，獲取到對應(yīng)的特征向量；

根據(jù)特征向量進行計算確定對應(yīng)的特征值。

下面進一步進行描述：

對與數(shù)據(jù)矩陣進行奇異值分解，獲取到對應(yīng)的特征向量具體包括：

對數(shù)據(jù)矩陣x進行奇異值分解得到x＝lσu^h，其中，(·)^h表示共軛轉(zhuǎn)置，l和u分別是l×l,m×m維酉矩陣，σ為l×m的對角陣，且主對角元素是矩陣x的奇異值的降序排列，確定u的列向量是數(shù)據(jù)矩陣x的右特征向量，并根據(jù)右特征向量確定對應(yīng)的特征向量。

根據(jù)右特征向量確定對應(yīng)的特征向量具體包括：

對右特征向量分解為信號子空間us和噪聲子空間un得到u＝[us|un]，其中us的列向量為數(shù)據(jù)矩陣x最大的奇異值對應(yīng)的特征向量。

根據(jù)特征向量進行計算確定對應(yīng)的特征值具體包括：

令un＝(u1/最后一行)＝(第一行/u2)，即u1、u2分別為un去掉最后一行，去掉第1行得到的矩陣ψ，再令進行特征值分解，得矩陣ψ的特征值λk，k＝1,2,l,k，k為數(shù)據(jù)矩陣x最大的奇異值的個數(shù)。

102、通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位；

當對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號之后，需要通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位。

必須說明的是，通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算具體包括：

設(shè)其中，k為電壓/電流信號的正弦分量的個數(shù)，ak為第k個正弦分量的幅值，φk為第k個正弦分量的初始相位，αk表示第k個正弦分量的衰減系數(shù)，fk表示第k個正弦分量的頻率，ts表示采樣間隔，w(n)表示白噪聲；

根據(jù)特征值λk結(jié)合第一特征公式和第二特征公式分別計算頻率fk和衰減系數(shù)αk；

其中，第一特征公式為第二特征公式為

以及，根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位具體包括：

通過最小二乘法計算電壓/電流信號的正弦分量的幅值和初始相角。最小二乘法的計算步驟包括：

令

根據(jù)第一預(yù)置公式a＝(λ^hλ)^-1λ^hxn＝[a1a2lak]進行矩陣a的計算；

根據(jù)第二預(yù)置公式、第三預(yù)置公式，并結(jié)合矩陣a，進行第k個正弦分量的幅值和初始相位的計算；

其中，第二預(yù)置公式為ak＝2|ak|,第三預(yù)置公式為φk＝angle(ak)。

103、通過幅值和初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率。

當通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位之后，需要通過幅值和初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率。

通過幅值和初始相位根據(jù)第四預(yù)置公式、第五預(yù)置公式、第六預(yù)置公式、第七預(yù)置公式分別計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率；

其中，第四預(yù)置公式為u0＝2|au0|，第五預(yù)置公式為i0＝2|ai0|，第六預(yù)置公式為第七預(yù)置公式為p0＝u0i0cos(φi0-φu0)。

本實施例中的采樣序列為三相電壓與電流采樣值信號。

本實施例中，通過對與采樣序列相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣進行計算確定對應(yīng)的特征值，采樣序列為電力沖擊負載時采樣的若干個電壓/電流信號；通過特征值對采樣的各電壓/電流信號分量進行頻率和衰減系數(shù)的計算，并根據(jù)頻率和衰減系數(shù)計算各電壓/電流信號分量的幅值和初始相位；通過幅值和初始相位計算出電力沖擊負載時對應(yīng)的基波電壓、電流，以及全波有功功率、基波有功功率，解決了目前專門針對沖擊性負載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題，以及使用較少的數(shù)據(jù)采樣點數(shù)就可以實現(xiàn)對沖擊負載的分析，避免了最大似然法、最大熵法和music方法等固有的、在整個頻域上的搜索，提高了計算效率，不需要對信號進行同步采樣，減少了對硬件的依賴。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。