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    重庆时时彩5星综合走势: 电平信号的分析方法和触发脱扣器的方法.pdf

    关 键 词:
    电平 信号 分析 方法 触发 脱扣器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510151241.0

    申请日:

    2015.04.01

    公开号:

    CN104714078A

    公开日:

    2015.06.17

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01R 19/00申请公布日:20150617|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/00申请日:20150401|||公开
    IPC分类号: G01R19/00 主分类号: G01R19/00
    申请人: 厦门理工学院
    发明人: 刘美俊
    地址: 361000福建省厦门市集美区后溪镇理工路600号
    优先权:
    专利代理机构: 厦门市精诚新创知识产权代理有限公司35218 代理人: 何家富
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510151241.0

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.07.06|||2015.07.15|||2015.06.17

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种电平信号的分析方法,包括以下步骤:首先,对电平信号进行小波分析,找出信号突变点;接着,用傅立叶算法对信号突变点的采样值进行离散化计算其有效值;然后,将有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,输出相应信号。本发明还提出一种基于上述电平信号分析方法的脱扣器触发方法。本发明采用小波分析和傅立叶变换相结合检测信号的故障点,具有对故障的反应速度快、灵敏性和实时性高,极大提高脱扣器的脱扣性能。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种电平信号的分析方法,其特征在于,包括如下步骤:
    A:对电平信号f(t)进行小波分析,找出信号突变点,具体方法:
    对信号f(t)进行小波变换,使用如下公式:

    其中,a和b分别为小波函数的尺度因子和位移因子,为采用的基本小波函数,当取小波基函数为平滑函数的一阶导数时,信号的小波变换的模的局部极大值点对应于信号的突变点;
    B:用傅立叶算法对信号突变点的采样值进行离散化计算其有效值;
    C:将有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,输出相应信号。

    2.  根据权利要求1所述的一种电平信号的分析方法,其特征在于:所述步骤A中,小波分析为多尺度小波分析,具体方法:令a=2j j∈Z即为二进小波变换,采用塔式算法进行离散二进小波变换:
    设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2·····N,其离散二进小波变换为:
    Cj+1(n)=ΣK∈Zh(K-2n)Cj(k)]]>
    Dj+1(n)=ΣK∈Zg(K-2n)Cj(k)]]>
    其中h(K)和g(K)为小波函数确定的滤波器函数,且
    g(k)=(-1)1-kh(1-k)
    Cj和Dj分别为信号在尺度j上的近似部分和细节部分,原始信号可看作尺度j=0时的近似值,即C0(n)=f(n),离散信号经尺度j=1.2····J的分解,得到D1, D2···DJ。

    3.  根据权利要求1所述的一种电平信号的分析方法,其特征在于:所述步骤B中,用傅立叶算法计算有效值的具体方法为:信号函数f(t)的傅立叶变换定义为:
    f(w)^=∫-+e-iwtf(t)dt]]>
    其逆变换为:
    f(t)=12π∫-+f(w)^eiwtdw]]>
    波形经抽样后进行的离散傅氏变换X(n):
    X(n)=ΣK=02N-1x(k)e-j2πkn/2N]]>
    其中,2N为样本数,经离散变换后,[0,2π]之间周期信号的傅立叶级数为:
    f(t)=Σn∈ZCneint]]>
    Cn=12πf(n)^=12π∫02πf(t)e-intdt]]>

    4.  根据权利要求3所述的一种电平信号的分析方法,其特征在于:所述2N个样本值必须精确地代表其周期函数的一个完整周期T(t),时间截取区间必须等于周期的整倍数。

    5.  一种触发脱扣器的方法,其特征在于,包括如下步骤:
    S1:采集主线路的电压/电流信号;
    S2:对信号f(t)进行小波分析,找出信号突变点,具体方法:
    对信号f(t)进行小波变换,使用如下公式:

    其中,a和b分别为小波函数的尺度因子和位移因子,为采用的基本小波函数,当取小波基函数为平滑函数的一阶导数时,信号的小波变换的模的局部极大值点对应于信号的突变点;
    S3:用傅立叶算法对信号突变点的采样值进行离散化计算其有效值;
    S4:将有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,根据?;ぬ跫?,输出相应信号;
    S5:脱扣器根据输出的信号进行相应的?;ざ?。

    6.  根据权利要求5所述的一种触发脱扣器的方法,其特征在于:所述采集主线路的电压/电流信号包括如下步骤:
    S11:通过各种互感器将主线路的电压、电流信号转换成模拟电路可处理的电平信号;
    S12:对电平信号进行滤波和采样;
    S13:通过模数转换将采集的电平信号转换成数字信号。

    7.  根据权利要求5所述的一种触发脱扣器的方法,其特征在于:所述步骤S2中,小波分析为多尺度小波分析,具体方法:令a=2j j∈Z即为二进小波变换,采用塔式算法进行离散二进小波变换:
    设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2·····N,其离散二进小波变换为:
    Cj+1(n)=ΣK∈Zh(K-2n)Cj(k)]]>
    Dj+1(n)=ΣK∈Zg(K-2n)Cj(k)]]>
    其中h(K)和g(K)为小波函数确定的滤波器函数,且
    g(k)=(-1)1-kh(1-k)
    Cj和Dj分别为信号在尺度j上的近似部分和细节部分,原始信号可看作尺度j=0时的近似值,即C0(n)=f(n),离散信号经尺度j=1.2····J的分解,得到D1,D2···DJ。

    8.  根据权利要求5所述的一种触发脱扣器的方法,其特征在于:所述步骤S3中,用傅立叶算法计算有效值的具体方法为:信号函数f(t)的傅立叶变换定义为:
    f(w)^=∫-+e-iwtf(t)dt]]>
    其逆变换为:
    f(t)=12π∫-+f(w)^eiwtdw]]>
    波形经抽样后进行的离散傅氏变换X(n):
    X(n)=ΣK=02N-1x(k)e-j2πkn/2N]]>
    其中,2N为样本数,经离散变换后,[0,2π]之间周期信号的傅立叶级数为:
    f(t)=Σn∈ZCneint]]>
    Cn=12πf(n)^=12π∫02πf(t)e-intdt]]>

    9.  根据权利要求8所述的一种触发脱扣器的方法,其特征在于:所述2N个样本值必须精确地代表其周期函数的一个完整周期T(t),时间截取区间必须等于周期的整倍数。

    说明书

    说明书电平信号的分析方法和触发脱扣器的方法
    技术领域
    本发明涉及脱扣器领域,具体地涉及一种电平信号的分析方法和一种触发脱扣器的方法。
    背景技术
    断路器是电力控制系统中至关重要的设备,而智能脱扣器是断路器的核心部件,智能脱扣器的动作直接影响到断路器工作的可靠性和准确性,脱扣器的设计是断路器准确动作的关键。
    在脱扣器的设计中,电流速断?;こ晒Φ那疤嶂皇悄芊窦笆闭放卸瞎收戏⑸氖笨?。在小波分析出现以前,信号处理中广泛应用傅立叶变换。傅立叶变换用于?;た刂扑惴ㄖ?,通过计算基波分量的有效值是否大于门槛值来确定故障情况,如中国公开专利:200910180810.9,这样做虽然可以完成判断任务,但实时性不高,响应缓慢,严重限制了脱扣器的脱扣?;ば阅?。
    小波分析具有良好的时域和频域局部化特性,克服了傅立叶变换在频域完全局部化而在时域完全无局部化的缺点,具有分析时域问题的良好特性。
    发明内容
    本发明的目的在于为解决上述问题,提供一种采用小波分析和傅立叶变换相结合检测信号的故障点,具有对故障的反应速度快、灵敏性和实时性高的电平信号的分析方法以及一种基于此电平信号分析方法,极大提高脱扣器脱扣性能的触发脱扣器的方法。
    为此,本发明公开了一种电平信号的分析方法,包括如下步骤:
    A:对电平信号f(t)进行小波分析,找出信号突变点,具体方法:
    对信号f(t)进行小波变换,使用如下公式:

    其中,a和b分别为小波函数的尺度因子和位移因子,为采用的基本小波函数,当取小波基函数为平滑函数的一阶导数时,信号的小波变换的模的局部极大值点对应于信号的突变点;
    B:用傅立叶算法对信号突变点的采样值进行离散化计算其有效值;
    C:将有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,输出相应信号。
    进一步的,所述步骤A中,小波分析为多尺度小波分析,具体方法:令a=2j j∈Z即为二进小波变换,采用塔式算法进行离散二进小波变换:
    设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2·····N,其离散二进小波变换为:
    Cj+1(n)=ΣK∈Zh(K-2n)Cj(k)]]>
    Dj+1(n)=ΣK∈Zg(K-2n)Cj(k)]]>
    其中h(K)和g(K)为小波函数确定的滤波器函数,且
    g(k)=(-1)1-kh(1-k)
    Cj和Dj分别为信号在尺度j上的近似部分和细节部分,原始信号可看作尺度j=0时的近似值,即C0(n)=f(n),离散信号经尺度j=1.2····J的分解,得到D1,D2···DJ。
    进一步的,所述步骤B中,用傅立叶算法计算有效值的具体方法为:信号函数f(t)的傅立叶变换定义为:
    f(w)^=∫-+e-iwtf(t)dt]]>
    其逆变换为:
    f(t)=12π∫-+f(w)eiwt^dw]]>
    波形经抽样后进行的离散傅氏变换X(n):
    X(n)=ΣK=02N-1x(k)e-j2πkn/2N]]>
    其中,2N为样本数,经离散变换后,[0,2π]之间周期信号的傅立叶级数为:
    f(t)=Σn∈ZCneint]]>
    Cn=12πf(n)^=12π∫02πf(t)e-intdt]]>
    进一步的,所述2N个样本值必须精确地代表其周期函数的一个完整周期T(t),时间截取区间必须等于周期的整倍数。
    本发明还公开了一种触发脱扣器的方法,包括如下步骤:
    S1:采集主线路的电压/电流信号;
    S2:对信号f(t)进行小波分析,找出信号突变点,具体方法:
    对信号f(t)进行小波变换,使用如下公式:

    其中,a和b分别为小波函数的尺度因子和位移因子,为采用的基本小 波函数,当取小波基函数为平滑函数的一阶导数时,信号的小波变换的模的局部极大值点对应于信号的突变点;
    S3:用傅立叶算法对信号突变点的采样值进行离散化计算其有效值;
    S4:将有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,根据?;ぬ跫?,输出相应信号;
    S5:脱扣器根据输出的信号进行相应的?;ざ?。
    进一步的,所述采集主线路的电压/电流信号包括如下步骤:
    S11:通过各种互感器将主线路的电压、电流信号转换成模拟电路可处理的电平信号;
    S12:对电平信号进行滤波和采样;
    S13:通过模数转换将采集的电平信号转换成数字信号。
    进一步的,所述步骤S2中,小波分析为多尺度小波分析,具体方法:令a=2j j∈Z即为二进小波变换,采用塔式算法进行离散二进小波变换:
    设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2·····N,其离散二进小波变换为:
    Cj+1(n)=ΣK∈Zh(K-2n)Cj(k)]]>
    Dj+1(n)=ΣK∈Zg(K-2n)Cj(k)]]>
    其中h(K)和g(K)为小波函数确定的滤波器函数,且
    g(k)=(-1)1-kh(1-k)
    Cj和Dj分别为信号在尺度j上的近似部分和细节部分,原始信号可看作尺度j=0时的近似值,即C0(n)=f(n),离散信号经尺度j=1.2····J的分解,得到D1, D2···DJ。
    进一步的,所述步骤S3中,用傅立叶算法计算有效值的具体方法为:信号函数f(t)的傅立叶变换定义为:
    f(w)^=∫-+e-iwtf(t)dt]]>
    其逆变换为:
    f(t)=12π∫-+f(w)eiwt^dw]]>
    波形经抽样后进行的离散傅氏变换X(n):
    X(n)=ΣK=02N-1x(k)e-j2πkn/2N]]>
    其中,2N为样本数,经离散变换后,[0,2π]之间周期信号的傅立叶级数为:
    f(t)=Σn∈ZCneint]]>
    Cn=12πf(n)^=12π∫02πf(t)e-intdt]]>
    进一步的,所述2N个样本值必须精确地代表其周期函数的一个完整周期T(t),时间截取区间必须等于周期的整倍数。
    本发明的有益技术效果:
    本发明采用小波分析来检测信号的突变点,具有良好的时域和频域局部化特性,对故障的反应速度快、灵敏性和实时性高,而且可以滤除噪声、恢复原信号,同时采用傅立叶变换计算信号突变点的有效值,并与阈值进行比较,以克服单独使用小波分析带来的误判,具有高的可靠性,从而提高了脱扣器的脱扣性能。
    附图说明
    图1为本发明触发脱扣器的方法的流程图;
    图2为本发明故障电流波形图;
    图3为本发明故障电流经小波变换后的波形图;
    图4为本发明实施例的脱扣器的结构原理图。
    具体实施方式
    现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
    一种电平信号的分析方法,包括如下步骤:
    A:对电平信号f(t)进行小波分析,找出信号突变点,连续小波变换的定义为:

    式(1)中,a和b分别为小波函数的尺度因子和位移因子,分别决定小波的时频窗在频域和时域的位置;为采用的基本小波函数,式(1)相当于被测信号与小波函数的卷积处理,即:

    时域的卷积对应于频域的乘积关系,因此得到下述关系式:

    式(2)中的位移因子b决定时频窗的位置,尺度因子a决定时频窗的大小。式(3)中的x(w)和是x(t)和的傅立叶变换。由式(1)、式(3)可知,信号的小波变换相当于对信号时域做了滑动加窗处理,而对频域作了截断处理。从信号处理而言,小波变换相当于信号通过有限长度的带通滤波器,不同尺度 的小波变换相当于不同通频带的带通滤波器。小波变换反映信号f(t)在尺度(频率)a和位置(时间)b的状态,是一种时频分析。当取小波基函数为平滑函数的一阶导数时,即若y(x)是平滑函数,且取作为检测的小波,
    ya(x)=1ay(xa)]]>
    a为尺度因子,则相应的小波变换为:

    显然,当尺度a固定时,信号的小波变换的模|wf(a,x)|的局部极大值点对应信号的突变点。
    当采样点数大于每周期20点时,采用多尺度小波分析更具有优势,具体方法为:令a=2j j∈Z即为二进小波变换,采用塔式算法进行离散二进小波变换:
    设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2·····N,其离散二进小波变换为:
    Cj+1(n)=ΣK∈Zh(K-2n)Cj(k)]]>
    Dj+1(n)=ΣK∈Zg(K-2n)Cj(k)]]>
    其中h(K)和g(K)为小波函数确定的滤波器函数,且
    g(k)=(-1)1-kh(1-k)
    Cj和Dj分别为信号在尺度j上的近似部分和细节部分,原始信号可看作尺度j=0时的近似值,即C0(n)=f(n),离散信号经尺度j=1.2····J的分解,得到D1,D2···DJ。随着尺度的增加,噪声、干扰等引起的小波变换的极大值点会迅速下降,而故障引起的小波变换模的极大值点更加明显。所以小波分析不但可以在低噪 声的信号中检测到故障信号,而且可以滤除噪声、恢复原信号。
    B:信号经过上述小波分析后,突变点就可以确定,此时的突变点还只是可疑的故障点,须对这些突变信号的有效值进行傅立叶变换。信号函数f(t)的傅立叶变换定义为:
    f(w)^=∫-+e-iwtf(t)dt]]>
    其逆变换为:
    f(t)=12π∫-+f(w)eiwt^dw]]>
    频域分析是信号处理的核心,傅立叶级数是傅立叶变换的离散形式,对有限长度序列的傅立叶表达方式叫做离散傅氏变换X(n)。即波形经抽样后进行的傅氏变换:
    X(n)=ΣK=02N-1x(k)e-j2πkn/2N]]>
    式中:2N为样本数,在离散傅氏变换中,所处理的有效长度序列是周期性序列的一个周期。2N个样本值必须精确地代表其周期函数的一个完整周期T(t)。时间截取区间必须等于周期的整倍数,否则,在频域中将会产生旁瓣或泄露,即产生附加的频率分量。经离散变换后,[0,2π]之间周期信号的傅立叶级数为:
    f(t)=Σn∈ZCneint]]>
    Cn=12πf(n)^=12π∫02πf(t)e-intdt]]>
    C:将上述傅立叶变换得到的有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,根据?;ぬ跫?, 输出相应信号。
    本发明还公开了一种基于上述电平信号分析方法的触发脱扣器的方法,如图1所示,包括如下步骤:
    S1:采样信号,即采集主线路的电压/电流信号:
    S11:通过各种互感器将主线路的电压、电流信号转换成模拟电路可处理的电平信号;
    S12:对电平信号进行滤波和采样;
    S13:通过模数转换将采集的电平信号转换成数字信号。
    S2:对数字化后的信号f(t)进行小波分析,找出信号突变点,连续小波变换的定义为:

    式(4)中,a和b分别为小波函数的尺度因子和位移因子,分别决定小波的时频窗在频域和时域的位置;为采用的基本小波函数,式(4)相当于被测信号与小波函数的卷积处理,即:

    时域的卷积对应于频域的乘积关系,因此得到下述关系式:

    式(5)中的位移因子b决定时频窗的位置,尺度因子a决定时频窗的大小。式(6)中的x(w)和是x(t)和的傅立叶变换。由式(4)、式(6)可知,信号的小波变换相当于对信号时域做了滑动加窗处理,而对频域作了截断处理。从信号处理而言,小波变换相当于信号通过有限长度的带通滤波器,不同尺度的小波变换相当于不同通频带的带通滤波器。小波变换反映信号f(t)在尺度(频 率)a和位置(时间)b的状态,是一种时频分析。当取小波基函数为平滑函数的一阶导数时,即若y(x)是平滑函数,且取作为检测的小波,
    ya(x)=1ay(xa)]]>
    a为尺度因子,则相应的小波变换为:

    显然,当尺度a固定时,信号的小波变换的模|wf(a,x)|的局部极大值点对应信号的突变点。
    当采样点数大于每周期20点时,采用多尺度小波分析更具有优势,具体方法为:令a=2j j∈Z即为二进小波变换,采用塔式算法进行离散二进小波变换:
    设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2·····N,其离散二进小波变换为:
    Cj+1(n)=ΣK∈Zh(K-2n)Cj(k)]]>
    Dj+1(n)=ΣK∈Zg(K-2n)Cj(k)]]>
    其中h(K)和g(K)为小波函数确定的滤波器函数,且
    g(k)=(-1)1-kh(1-k)
    Cj和Dj分别为信号在尺度j上的近似部分和细节部分,原始信号可看作尺度j=0时的近似值,即C0(n)=f(n),离散信号经尺度j=1.2····J的分解,得到D1,D2···DJ。随着尺度的增加,噪声、干扰等引起的小波变换的极大值点会迅速下降,而故障引起的小波变换模的极大值点更加明显。所以小波分析不但可以在低噪声的信号中检测到故障信号,而且可以滤除噪声、恢复原信号。
    设故障电流波形如图2所示,采用离散正交小波,相应的滤波系数为:
    h-1=0.1250;h0=0.3750;h1=0.3750;h2=0.1250;g0=-2.0;g1=2.0
    经小波变换后的波形如图3所示。
    S3:信号经过上述小波分析后,突变点就可以确定,此时的突变点还只是可疑的故障点,须对这些突变信号的有效值进行傅立叶变换。信号函数f(t)的傅立叶变换定义为:
    f(w)^=∫-+e-iwtf(t)dt]]>
    其逆变换为:
    f(t)=12π∫-+f(w)eiwt^dw]]>
    频域分析是信号处理的核心,傅立叶级数是傅立叶变换的离散形式,对有限长度序列的傅立叶表达方式叫做离散傅氏变换X(n)。即波形经抽样后进行的傅氏变换:
    X(n)=Σk=02N-1x(k)e-j2πkn/2N]]>
    式中:2N为样本数,在离散傅氏变换中,所处理的有效长度序列是周期性序列的一个周期。2N个样本值必须精确地代表其周期函数的一个完整周期T(t)。时间截取区间必须等于周期的整倍数,否则,在频域中将会产生旁瓣或泄露,即产生附加的频率分量。经离散变换后,[0,2π]之间周期信号的傅立叶级数为:
    f(t)=Σn∈ZCneint]]>
    Cn=12πf(n)^=12π∫02πf(t)e-intdt]]>
    S4:将上述傅立叶变换得到的有效值与预先设定的故障?;ゃ兄到斜冉?,如果有效值没有超过阈值,则信号突变点不是故障点,回到小波算法继续检测突变点;如果有效值超过阈值,则认为信号突变点是故障点,根据?;ぬ跫?,输出相应信号。
    S5:脱扣器根据输出的信号进行相应的?;ざ?。
    图4所示为用于实施本发明方法的一种较优脱扣器,在工作时,智能脱扣器通过电压互感器、铁芯电流互感器和空芯电流互感器将主线路的电压、电流信号转换成模拟电路可处理的电平信号,信号处理单元则对这些信号进行滤波和采样,采样信号经多路开关送入模数(A/D)转换??樽怀墒中藕糯涓醒氪淼ピ?,中央处理单元对这些信号进行小波分析和傅立叶变换,并与预先设定的整定值比较,检测出信号故障点后输出符合预设?;ぬ匦缘穆呒缙叫藕?,这些信号经放大后可直接驱动脱扣器的执行单元,使断路器动作,利用CT、PT设备(显示及打印设备)来实时记录脱扣器的各种电气参数并打印保存,上位机或独立的通信??橥üㄐ沤涌谟胫醒氪淼ピ?,用来设定各种故障?;さ亩鞯缌骱褪奔湔ㄖ?,并预先存储在与中央处理单元连接的存储单元中,并可以在应用中随时修改。
    此外,在脱扣器通电到其电子电路稳定工作这段时间内,如果产生短路电流,上电前短路判断电路也可控制执行单元,使断路器动作。
    尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的?;し段?。

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    本文标题:电平信号的分析方法和触发脱扣器的方法.pdf
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