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基于改进S变换的电能质量扰动智能检测刘小斌;赵洛印;刘明;张旭【摘要】为了真实反映电能质量暂态扰动对电网造成的影响,对电能质量暂态扰动的成因和检测方法进行研究.提出一种改进的S变换新方法,对高斯窗函数的尺度因子进行修改,使得结果具有更好的时间和频率分辨率.基于该方法对电能质量暂态扰动信号进行检测,并提取各扰动特征量,同时对检测结果进行数据分析.研究结果表明:修改后的S变换方法能够实现电能质量暂态扰动的实时智能检测,检测结果准确可靠.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2016(043)002【总页数】6页(P134-139)【关键词】改进的S变换;电能质量;暂态扰动;时频分析;智能检测【作者】刘小斌;赵洛印;刘明;张旭【作者单位】东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318;中国石油天然气股份有限公司管道秦皇岛输油气分公司,河北秦皇岛066000;东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TH865随着电力电子技术的发展，电力电子设备得以广泛应用，开关电源的引入、整流设备的推广及大功率电机的启停等，都会对电力系统产生极强的干扰。
电能质量对电力设备和电能用户来说是一个重要的问题。
电力负载(如电脑)对于电力系统中存在的各类扰动非常敏感，而非线性负载(如日光灯或速度控制驱动器)会导致电力系统电压和电流信号失真[1，2]。
为此，急需对电能质量进行监测，保证用电设备和电力网络的正常运行。
电能质量的扰动种类繁多，扰动间存在交叉，这对扰动的检测和分类带来极大困难。
因此，常采用数字信号分析工具对电能质量进行分析，如：短时傅里叶变换、小波变换、dq变换、Hilbert-Huang变换及S变换[3]等。
短时傅里叶变换可以将时域信号变换至频域进行分析，但是其时域窗的尺度和形状固定，频率分辨率也是固定的。
小波变换较好地结合了信号的时频特性，可以实现多分辨率分析，但是由于变换尺度和频率的分析程式固定，难以形成自适应分析过程，同时选择不同种类的母小波对分析结果的影响也较大[4]。
采用改进不完全S变换估计电能质量扰动参数李立;易吉良;朱建林【摘要】为克服S变换计算量大和不能准确估计某些电能质量扰动参数的缺陷,结合改进S变换和不完全S变换提出了一种估计电能质量扰动参数的新方法。
首先给出了改进不完全S变换的计算过程,接着讨论了不同类型扰动信号求改进不完全S变换所需的最佳窗宽系数;然后介绍了参数估计的特征量提取,它是针对不同扰动频率点自适应地采用最佳窗宽系数求改进不完全S变换得到的模向量;最后说明了由这些特征量进行电能质量扰动参数估计的方法。
仿真结果验证了所提方法具有算法简单、运算量小、估计精度高等特点。
%This paper proposes a new method of parameter estimation of power quality disturbances based on modified incomplete S-transform,which combines the modified S-transform with incomplete S-transform.The method complementary advantages in time frequency resolutions and computation speed.First,the computational procedure is provided.After that the optimal windowing coefficients in connection with different disturbances are discussed.Then the extraction of characteristic quantities is introduced,which are the module vectors obtained from the modified incomplete S-transform.The computation of each vector based on adaptive selection of optimal windowing coefficient.Finally,the parameters estimation method which utilizes these characteristic quantities are illustrated.Simulation results verified that the proposed method has characteristics of lower complexity,less computation and high precision.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)006【总页数】7页(P187-193)【关键词】电能质量;改进不完全S变换;计算过程;自适应;扰动参数【作者】李立;易吉良;朱建林【作者单位】湖南工程学院电气信息学院,湘潭411101;湖南工业大学电气与信息工程学院,株洲412008;湘潭大学信息工程学院,湘潭411105【正文语种】中文【中图分类】TM933.4。
基于虚拟仪器和S变换的暂态电能质量实时监测系统田卫华;孟祥斌;庞新富;于宏涛;包妍【摘要】针对电能质量实时监测的问题,提出了一种利用S变换算法检测和分析电力系统暂态电能质量的方法,并基于虚拟仪器技术研制了一套暂态电能质量实时监测与分析系统.该系统可实时监测电能质量信号并能进行在线和离线分析,能够对扰动信号进行准确的定位和分析.最后,通过实验系统产生暂态扰动信号,对本系统的性能进行测试.实验分析结果表明:该系统具有良好的实时性和准确性,能够为电力系统的实时故障分析提供可靠的依据.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P60-62,70)【关键词】电能质量;暂态扰动;S变换;实时监测;虚拟仪器【作者】田卫华;孟祥斌;庞新富;于宏涛;包妍【作者单位】沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TP273随着新型电力负荷迅速发展及电力用户对电能质量要求不断提高，电力系统电能质量水平与用户对其要求之间的差距日益增大，暂态电能质量问题，成为电力系统研究领域中的热点问题 [1-2] 。
因此快速准确地监控和分析电力系统的暂态电能质量成为当前急需解决的重点。
S变换采用高斯窗函数且窗宽与频率的倒数成正比，免去了窗函数的选择，改善了窗宽固定的缺陷，并且时频表示中各频率分量的相位谱与原始信号保持直接的联系，使其在电能质量分析中可以采用更多的特征量，同时，S变换提取的特征量对噪声不敏感，因此，近年来众多学者采用S变换并结合其他分析工具应用于电能质量的分析[3-4]。
但是目前对暂态电能质量的研究大多是对由仿真软件产生的暂态扰动信号进行分析，很少涉及到信号的实时分析情况，而实际中对各种暂态电能质量扰动进行实时监测与分析是十分必要的[5]。
基于不完全S变换和改进SVM的电能质量分类方法
王鹏飞;任丽佳;高燕
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2023(45)1
【摘要】随着社会的高速发展,各式各样的负载接入电网,单一扰动形式的电能质量问题,已被多扰动复合类型的电能质量问题取代。
这无疑增加了电能质量问题特征提取与分类精度提升的难度。
针对此问题,提出了基于不完全S变换和改进SVM 的特征提取与分类方法。
首先利用不完全S变换处理电能质量信号,对矩阵求模后从模矩阵中选取特征向量,组建特征矩阵,并利用递归特征消除选取重要特征。
利用改进天牛须搜索算法(CBAS)优化支持向量机(SVM)的两个重要参数惩罚因子c和核函数参数g,将所选特征及优化后的SVM构建扰动分类器。
根据实验表明,该方法准确率高,运行时间短,能够识别多种复合信号在内的扰动类型。
根据对比,的分类效果明显优于随机森林(RF)、粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)等常用方法。
在不同信噪比条件下,具有良好的鲁棒性及抗噪能力,对电能质量扰动分类的研究具有重要意义。
【总页数】5页(P115-119)
【作者】王鹏飞;任丽佳;高燕
【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM712
【相关文献】
1.基于改进的SVM的电能质量复合扰动分类
2.基于改进不完全S变换与决策树的实时电能质量扰动分类
3.基于改进PSO-SVM算法的电能质量扰动分类
4.基于改进S变换和GA-SVM的电能质量扰动识别与分类
5.基于改进S变换的电能质量扰动分类新方法
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基于S变换的电能质量扰动分析的开题报告一、研究背景随着电力系统的发展，电能质量问题越来越突出，电网中存在各种电能质量扰动，如电压骤降、电压突变、频率偏差、谐波等，严重影响了电力系统的运行稳定性和电气设备的安全可靠性，同时也对用户的用电产生了不良影响。
因此，对电能质量进行监测和控制成为电力领域研究的重要课题。
目前，电能质量扰动的分析方法主要有时域分析方法、频域分析方法和时频分析方法等。
其中，时域分析方法适用于对电能质量扰动的短时变化进行分析，但无法对频率转变比较快的扰动进行描述；频域分析方法可以对周期性扰动进行较好的描述，但对于逐渐变化的非周期性扰动分析则有限；时频分析方法是一种综合了时域和频域分析的方法，可用于对任意变化的扰动进行分析。
不同于时域分析和频域分析方法，时频分析方法的分析结果具有更高的分辨率和更全面的信息。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是基于S变换的电能质量扰动分析，旨在分析电能质量扰动的特征和规律，为电能质量监测和控制提供技术支持。
具体目标如下：1、建立电能质量扰动的数学模型，使用S变换对电能质量扰动进行分析。
2、开发基于S变换的电能质量监测系统，实时对电能质量扰动进行监测和分析。
3、分析电能质量扰动的特征和规律，提出相应的控制策略。
三、研究方法和技术路线本研究采用S变换作为电能质量扰动分析的数学工具。
S变换是一种时频变换方法，它可以将信号从时域转换到S域，S域中的频率和时间是连续的。
通过S变换可以得到电能质量扰动的时频表示，从而对其进行深入的分析。
技术路线如下：1、收集电能质量监测数据，进行数据预处理。
2、建立电能质量扰动的数学模型，使用S变换对电能质量扰动进行分析。
3、开发基于S变换的电能质量监测系统，实时对电能质量扰动进行监测和分析。
4、分析电能质量扰动的特征和规律，提出相应的控制策略。
五、预期研究成果与意义本研究预期取得以下成果：1、电能质量扰动的数学模型和基于S变换的时频特性分析方法。
中国网络大学CHINESE NETWORK UNIVERSITY 毕业设计(论文)院系名称：专业：学生姓名：学号：指导老师：中国网络大学教务处制2019年05月16日目录摘要....................................................... 错误！未定义书签。
Abstract ......................................................................................................... 错误！未定义书签。
1引言. (1)1.1课题的背景及研究的意义 (1)1.2电能质量概述 (2)1.2.1电能质量的定义 (2)1.2.2电能质量的特点和分类 (2)1.3电能质量扰动综述 (2)1.3.1电能质量扰动的类型 (2)1.3.2电能质量扰动的分析方法 (3)1.3.3电能质量扰动的分类方法 (3)1.4论文的创新点 (3)1.5论文的主要内容及框架 (3)2电能质量扰动信号的数学模型及仿真 (4)2.1电压暂降 (4)2.2电压暂升 (4)2.3电压中断 (5)2.4电压闪变 (5)2.5谐波 (6)2.6暂态振荡 (7)3 S变换的原理简介及性质 (7)3.1 S变换的原理简介 (7)3.1.1 一维连续的S变换公式 (7)3.1.2一维离散的S变换公式 (8)3.1.3离散的S变换算法 (8)3.1.4广义的S变换公式 (9)3.2 S变换的性质的简要说明 (9)3.2.1 S变换的局部性特征 (9)3.2.2 S变换的线性特征 (9)3.2.3 S变换的时移性特征 (10)4 电能质量的扰动信号的特征提取 (10)4.1简要介绍S变换后的复数矩阵 (10)4.2简要介绍该复数矩阵的模值矩阵 (10)4.3电能质量各类扰动信号的仿真及其时频统计信息图 (11)4.4电能质量各类扰动信号的特征分析 (13)5电能质量的扰动信号的分类识别 (14)5.1决策树模型的构建 (14)5.2验证仿真分类结果的正确性 (15)6总结与展望 (16)6.1 总结 (16)6.2展望 (16)参考文献 (17)致谢 (19)附录 (20)ContentsAbstract ......................................................................................................... 错误！未定义书签。
基于变换的电能质量分析方法摘要：对电能质量问题和基于变换的电能质量分析方法进行了综述。
文中给出了各种电能质量扰动现象的分类与特征，对傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换和二次变换这4种变换分析方法的基本原理及其在电能质量领域的应用作了详细论述，阐明了各种方法的特点及其适用条件。
最后提出了电能质量研究的方向。
关键词：电能质量；傅里叶变换；短时傅里叶变换；小波变换；二次变换1引言自从20世纪80年代末以来，电能质量已成为电力部门及其用户日益关注的问题［1］。
主要原因有如下4个：①负荷设备对电能质量的变化更加敏感。
许多新型负荷装置都含有基于微处理器的控件和电力电子器件，这些控件和器件对于多种扰动都很敏感。
②为提高整个电力系统的效益而不断地应用一些装置，例如高效可调速电动机和用于功率因数补偿的并联电容器组等。
这就使电力系统的谐波水平有所增长。
③终端用户越来越了解断电、电压骤降（volt－age sag）以及开关暂态（switching transient）等电能质量问题，他们将督促电力部门提高供电质量。
④许多元器件都互连于一个网络之中。
集成作用意味着任何一个元件的故障都会导致更为严重的后果。
电能质量问题的出现不应该完全归咎于某个部门或某系统。
从本质上讲，它是科学技术和经济发展的必然结果，其最终解决需要电力部门、设备制造厂商和电力用户三方积极密切的合作。
2电能质量从不同的角度来考虑，电能质量可能会有截然不同的定义。
文［1］中将电能质量问题定义为“导致用户设备故障或误动作的，以电压、电流或频率的偏差为表现形式的一切电力问题”。
电能质量这一术语用来描述许多不同类型的电力系统扰动。
表1给出了各种电能质量扰动的典型频谱成分、持续时间及电压幅值。
利用这些信息就能够区分测量结果并描述电磁扰动。
在电能质量分析中主要研究的4种扰动是电压骤降（voltage sag）、瞬态过电压（transient over－voltage）、谐波畸变（harmonic distortion）和闪变（flicker）。
2011年6月电工技术学报Vol.26 No. 6 第26卷第6期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jun. 2011采用改进不完全S变换估计电能质量扰动参数李立1易吉良2朱建林3（1. 湖南工程学院电气信息学院湘潭 4111012. 湖南工业大学电气与信息工程学院株洲 4120083. 湘潭大学信息工程学院湘潭 411105）摘要为克服S变换计算量大和不能准确估计某些电能质量扰动参数的缺陷，结合改进S变换和不完全S变换提出了一种估计电能质量扰动参数的新方法。
首先给出了改进不完全S变换的计算过程，接着讨论了不同类型扰动信号求改进不完全S变换所需的最佳窗宽系数；然后介绍了参数估计的特征量提取，它是针对不同扰动频率点自适应地采用最佳窗宽系数求改进不完全S变换得到的模向量；最后说明了由这些特征量进行电能质量扰动参数估计的方法。
仿真结果验证了所提方法具有算法简单、运算量小、估计精度高等特点。
关键词：电能质量改进不完全S变换计算过程自适应扰动参数中图分类号：TM933.4Parameter Estimation of Power Quality DisturbancesUsing Modified Incomplete S-TransformLi Li1 Yi Jiliang2 Zhu Jianlin3（1. Hunan Institute of Engineering Xiangtan 411101 China2. Hunan University of Technology Zhuzhou 412008 China3. Xiangtan University Xiangtan 411105 China）Abstract This paper proposes a new method of parameter estimation of power quality disturbances based on modified incomplete S-transform, which combines the modified S-transform with incomplete S-transform. The method complementary advantages in time frequency resolutions and computation speed. First, the computational procedure is provided. After that the optimal windowing coefficients in connection with different disturbances are discussed. Then the extraction of characteristic quantities is introduced, which are the module vectors obtained from the modified incomplete S-transform. The computation of each vector based on adaptive selection of optimal windowing coefficient. Finally, the parameters estimation method which utilizes these characteristic quantities are illustrated. Simulation results verified that the proposed method has characteristics of lower complexity, less computation and high precision.Keywords：Power quality, modified incomplete S-transform, computational procedure, adaptive, disturbance parameters1引言近年来，电能质量问题已成为研究的热点，快速、有效地检测和识别各类电能质量扰动对分析其原因和改善电能质量有重要的意义[1-2]。
扰动参数估计的前提是提取有效的特征量，国内外学者在这方面作了大量的工作，提出的众多方法可以分为三大类：时域方法[3-4]、频域方法[5]和时频方法[6-12]。
时域方法提取的特征量具有物理意义明确和计算量小的优点，但当存在多频率扰动时，湖南省教育厅科研项目（07C208）。
收稿日期 2010-01-16 改稿日期 2011-04-13188 电工技术学报 2011年6月很难估计扰动参数，如扰动信号同时含有3、5次谐波，就难以确定各次谐波的频率和含有率。
频域分析方法的傅里叶变换由于只反映分析时段上频谱分布的整体信息，只能分析闪变和谐波等稳态电能质量问题[3]。
为结合时域方法和频域方法的优点，以小波为代表的时频分析方法成了近年研究的重点[6-9]，它对于奇异点的检测很有优势，但也存在运算量大、对噪声敏感和需要选择基小波等缺陷。
S变换作为短时傅里叶变换和小波变换的发展，近年成了研究电能质量问题的热点工具[10-13]，较之小波方法，从它提取的特征量物理意义更明确，抗噪性更强，以及无需选择基小波等。
但它同样存在计算量大的缺点，同时，S变换虽然改进了短时傅里叶变换窗宽固定的缺陷，其窗宽随频率变化的特点仍然是“相对固定”的，故而造成对某些电能质量参数无法准确估计。
为改善S变换计算量大的问题，文献[14]提出了不完全S变换（Incomplete S-transform, IST），但该方法仍未改变窗宽“相对固定”的缺陷，文献[15]提出的改进S变换（Modified S-transform, MST）克服了这一缺陷。
本文结合IST和MST提出了一种电能质量扰动参数估计的新方法，该方法在已知扰动类型的条件下，针对不同电能质量扰动自适应地选取窗宽系数，得到的特征量为后续的电能质量扰动参数估计提供了良好的基础，使得参数估计计算简单、运算量小、精度高。
2改进不完全S变换2.1 改进S变换文献[16]提出并证明了MST比S变换更能突出有效信号，因而更适合分析含噪信号。
S变换采用宽度随频率呈反比变化的高斯窗函数，比较S变换和MST的表达式可知，MST不同于S变换在于高斯窗函数的窗宽与频率平方根成反比，同时增加了窗宽系数λ 用于调整时频分辨率，其定义式为2/()i2π2M(,)()e df tf tS f h t tλττ−−∞−−∞⎤⎥=⎥⎦∫（1）MST的离散表达式为[][][]222πi2π1M1M,e e01,0()0m mjNn NmNmS j n H m n nS j h m nNλ−−=−=⎧⎛⎞⎪⎜⎟=+≠⎪⎜⎟⎪⎝⎠⎨⎪⎪==⎪⎩∑∑（2）式中，N是信号序列的总采样点数；nj,分别是时间采样点和频率采样点；H[m+n]由信号序列)(kh的离散傅里叶变换经移位后得到。
上式计算得到的是一个二维时频矩阵，列对应时间，行对应频率。
利用快速傅里叶变换和卷积定理，MST可以进行快速计算。
2.2改进不完全S变换对于S变换应用于电能质量分析而言，往往是从其模时频矩阵中提取特征向量，再利用这些向量对扰动进行检测、识别和参数估计。
作者在文献[14]中分析了S变换的计算过程以及所需的运算量，为提高算法的实时性而提出IST，并验证了IST在保证检测精度的基础上大大提高了算法速度。
MST的计算步骤和S变换一致，不同之处在于高斯窗的计算，因此，MST也可以采用不完全计算方法将其应用于电能质量扰动参数的估计。
同时，为提高参数估计精度，在选择窗宽系数时考虑针对不同频率点采用不同的λ，其选择标准将在下文详述。
根据上述思想，本文提出改进不完全S变换（Modified Incomplete S-Transform，MIST）：[][]22dd2πi2π1MI d d d1,e e~nm mjNn NLmS j n H m n n l lλ−−==+=∑（3）式中，λn d是针对不同的频率点选择的窗宽系数；Lll~1为利用功率谱包络动态测度检测到的主要频率点，共L个（L一般只有1～4）；n d和实际频率的换算关系为d/f n NT=，T为采样周期。
MIST的计算过程如图1所示。
其中h(k) 是待分析信号，它的傅里叶变换是H(m)，g(k) 是式（1）“[ ]”中的高斯窗的离散表示，G[m,n d]是对应于主要频率点n d的g(k) 的傅里叶变换，它与将H(m) 移位后得到的H(m+n d) 相乘后求傅里叶反变换即得到MIST的n d频率分量，计算完所有L个主要频率图1 改进不完全S变换的计算过程Fig.1 The calculation procedure of MIST第26卷第6期李立等采用改进不完全S变换估计电能质量扰动参数 189分量就完成了MIST的运算。
由于只针对主要频率进行计算，得到MIST只有L个分量，而不是N个分量，这样大大缩短了算法时间。
3 利用MIST估计电能质量扰动参数3.1 特征量及窗宽系数λ的确定与IST类似，MIST估计电能质量参数也是利用其各主要频率的模分量A(k,n d) 作为特征量，由于信号的频率特征在检测主要频率点过程中已经获知，A(k,n d) 反映的是扰动信号的频率点n d分量的时域变化情况。
因此，A(k,n d) 应能尽量反映信号的时域变化特征，故以如下标准来确定窗宽系数λ：（1）保证A(k,n d) 的平直性。
这是基本要求，否则会因为没有降低检测的难度而失去了采用这类工具分析的意义。
本文采用A(k,n d) 稳定段的标准差来表征其平直性。
（2）A(k,n d) 应尽可能反映信号的突变特性，对于短时扰动而言，这决定着扰动参数估计的准确性。
本文采用过渡时间来表征这一特性，具体表述在下文说明。
按照上述标准确定λ 后，求MIST得到的A(k,n d)能够反映原始信号的变化，对于稳态扰动如闪变和谐波，A(k,n d) 为一平直的直线；对于幅值扰动如暂降和暂升，A(k,n d) 能够反映幅值变化大小；对于暂态扰动如振荡暂态，A(k,n d) 能够体现最大振荡幅值和衰减速度。
然而，从MIST的表达式可以看出，其变换结果得到的各频率分量之间不具有独立性，这意味着当扰动存在多个主要频率时，由MIST得到的各主要频率分量之间可能会相互影响，这就需要选择合适的高斯窗宽使得这种影响可以忽略不计。
