基于卡尔曼滤波的电压扰动检测算法

第３０卷第１１期２０１２年１１月　　　　

（）文章编号：１０００７７０９２０１２１１０１９８０４－－－

水　电　能　源　科　学

ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ　　　Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．１１

Ｎｏｖ．２０１２　　　

基于卡尔曼滤波的电压扰动检测算法

任文琳１，赵庆生１，何志方２

（）１．太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原０３００２４；２．山西省电力公司，山西太原０３０００１摘要：为了对电力系统中的电压扰动进行实时监测，提出了一种基于卡尔曼滤波的电压挠动检测算法，该算法采用新的卡尔曼模型求取电网电压信号的有效值，通过设定电压阈值进而实现电压凹陷和电压凸起波形）的实时跟踪，并与滑动窗有效值（算法进行比较分析，仿真验证了该算法的实时性和可靠性。ＲＭＳ关键词：卡尔曼滤波；滑动窗有效值；电压凹陷或凸起；电能质量中图分类号：ＴＭ７１２

文献标志码：Ａ

［，］

Ｅ等６７使用Ｋａｌｍａｎ滤波器检测基波分量的幅值，由幅值变化来检测电压上升、下跌的时间，该８］

张静等［根据Ｋ算法与其模型结构有关；ａｌｍａｎ

滤波误差序列来获取扰动发生时间，还可确定电

电压凹陷、中断等电能质量问题已引　　近年来，

起用户与电力部门的广泛关注。随着微电子、自动化技术及电力电子的发展和敏感电子设备的推广应用，电能质量问题日益突出。为了改善电能要求供电部门首先对暂态干扰源进行检测、品质，

１］

。识别和分类，进而采取合理措施改善电能质量［

压跌落或上升的幅度信息，同时可准确定位暂态本文采用Ｋ的起止时刻。鉴此，ａｌｍａｎ滤波算法

检测电压扰动信号，将电压有效值作为状态变量，利用Ｋａｌｍａｎ状态变量的实时更新来确定电压有效值信息，并与滑动有效值算法在跟踪时间等方面进行对比分析，确定电压扰动的时刻，获取电压上升或跌落的幅度信息，以便实时检测电网的扰动情况。

常见的电能质量干扰有断电、电压凹陷或凸起、瞬时脉冲、过电压或欠电压等。其中，电压凹陷或凸起是一种对重要负荷和工业影响最多的扰动。电压凹陷可视为是电压的有效值的衰减，一般持续时间为半个周期到一分钟，同样电压的凸起可视为是电压有效值的增加。对电压扰动的时间定位

２］

是分析电压扰动的主要问题。小波变换［是最常

用的方法，即通过其变换模极大值理论获得信号进而得到信号的时间定位。秦英林的突变点，

３］等［提出了基于奇异值分解技术短时扰动监测方

１　信号模型

１．１　电力系统中的信号模型

９］

：电力系统中的信号一般可表示为［

将采集电压信号序列构造为Ｈ使法，ｅｎｋｅｌ矩阵，

短时电压用奇异值分解技术对该矩阵进行分解，扰动信号的起止时刻在某些分解层信号表现剧

４］

变，从而锁定扰动定位时刻；李天云等［采用了双

…，ｚｖ＝１，２，Ｎｙｋ＝ｋ＋ｋ　ｋ

Ｍ

（）１

其中ｚｋ＝

ｎ＝１

（…ｉｎ２，３，ωｔ＋φ）　Ｍ＝１，∑ａｓ

ｎ

ｎｋ

ｎ

小波分析法对电能质量扰动的各项指标进行测尤其是对电压凹陷、凸起和间断的时间定位精定，

５］

）度较高；陈继开等［利用非广延小波熵（Ｔｓａｌｌｉｓ

２２

，、式中，即ｖ方差为σｖ０，σｋ～Ｎ（ｖ）ｋ为均值为０ｖ

的高斯白噪声。

考虑存在高斯噪声下复杂基波的角频率为假定正弦函数量化可表示为：ω１的正弦函数ｚｋ，

（（）ｚｓｉｎｋ２ω１ＴＳ＋φｋ＝ａ１１）式中，ａｋ为第ｋ次采样；ＴＳ为采１为基波的幅值；样时间；１为基波的相角。φ

与蚁群优化算法进行电压暂态电压识别，该算法采用Ｔ运用聚类算法ｓａｌｌｉｓ提取电压扰动特征量，从特征量构建电压扰动分类规则，以电压扰动判据和蚁群算法对分类规则进行优化；Ｓｔｖａｋｔａｋｉｓｙ

，收稿日期：修回日期：２０１２０７２７２０１２０９１１－－－－

）；）基金项目：山西省回国留学人员科研基金资助项目（山西省自然科学基金资助项目（２０１０３４２０１００１１０２４１－－，：作者简介：任文琳（男，硕士研究生，研究方向为信号处理及其在电力系统中的应用，１９８８Ｅａｉｌｒｅｎｃｓ１６３．ｃｏｍ－）－ｍ＠１，：通讯作者：赵庆生（男，副教授，研究方向为电力系统运行与控制和电力系统建模与仿真，１９６９Ｅ－ｍａｉｌｚｈａｏｓ１９９６－）ｑ６３．ｃｏｍ＠１

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