一種基于sst變換的電網(wǎng)諧波與間諧波分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SST變換的電網(wǎng)諧波 與間諧波分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國電網(wǎng)正在發(fā)生著深刻的變化，新一代電網(wǎng)中電源呈現(xiàn)多元化，清潔能源逐漸 替代化石能源，風(fēng)、光、潮汐可再生能源發(fā)電不斷接入電網(wǎng)，多源多變換的復(fù)雜交直流電網(wǎng) 系統(tǒng)正是目前電網(wǎng)的特點之一；電力系統(tǒng)電力電子化的趨勢也日益明顯。這些變化給電網(wǎng) 帶來了可靠性問題，繼而引起的電能質(zhì)量問題越來越受到電力部門和電網(wǎng)終端用戶的高度 關(guān)注。
[0003] 由于電網(wǎng)中電力電子等非線性設(shè)備的大量使用，電力系統(tǒng)諧波污染日趨嚴重，不 僅存在頻率為工頻整數(shù)倍的（整數(shù)次)諧波，還存在頻率為工頻非整數(shù)倍次的間諧波:不僅 有參數(shù)在較長時間內(nèi)基本恒定的穩(wěn)態(tài)諧波，也存在短時出現(xiàn)或參數(shù)隨時間變化的動態(tài)諧 波。電網(wǎng)諧波可導(dǎo)致電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用電設(shè)備出現(xiàn)異?，F(xiàn)象和故障，對電力系統(tǒng)的安全、 經(jīng)濟運行造成極大的危害。諧波、間諧波的分析及參數(shù)檢測是實現(xiàn)其補償、抑制與治理的依 據(jù)。
[0004] 目前，穩(wěn)態(tài)諧波與間諧波的分析方法較多，而對短時出現(xiàn)或參數(shù)時變的動態(tài)諧波 或間諧波的分析和檢測方法的研究很少見諸文獻。最常用的諧波與間諧波分析方法是離散 傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)算法。但傅里葉變換是建立在平穩(wěn)的周期性序列 基礎(chǔ)之上，對于間諧波，采用DFT來分析時，由于頻譜泄露和柵欄效應(yīng)可能淹沒真實間諧 波，或者可能產(chǎn)生一些虛假的間諧波。采用改進DFT算法或?qū)FT結(jié)果進行校正，可減小誤 差，這些方法主要有加窗插值法、準同步離散DFT和頻譜校正法等，但是改進博里葉算法不 適宜分析動態(tài)諧波或間諧波。一些學(xué)者用連續(xù)小波變換系數(shù)的幅值來檢測間諧波頻率，但 由于不同尺度的小波函數(shù)在頻域上相互干擾，且易受噪聲影響，所以不能很好地分離頻率 較近的諧波和間諧波。此外，奇異值分解(SVD)、PR0NY方法等算法也被用來分析諧波、間諧 波，但在分析動態(tài)諧波與間諧波時均存在缺陷。
[0005] 同步擠壓小波變換（synchrosqueezing wavelet transform,SST)算法是在連續(xù) 小波變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種非線性時頻重分配算法。它通過將小波變換后的時頻圖 在頻率域方向進行壓縮，獲得較高頻率精度的時頻曲線，各時頻曲線間不存在交叉項，即使 函數(shù)波形為非諧波形式，同步擠壓算法也能準確求得信號的瞬時頻率。因此，同步擠壓小波 變換可以較好地改善頻率混疊現(xiàn)象，即使待分解信號中含有多個頻率比較接近的諧波信 號，SST仍可較好地將其逐一提取出來。而且同步擠壓小波變換對噪聲具有較好的魯棒性， 當信號中混有較強的白噪聲時，同步擠壓小波變換仍可獲得清晰的時頻曲線和近似不變的 分解結(jié)果。SST的特點使其可以在一定程度上克服小波變換和EMD分解的不足，在對復(fù)雜的 混合信號進行分離時，可以獲得更為精確的分離結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于SST變換的電網(wǎng)諧波與間諧波分析方法，解決了現(xiàn) 有技術(shù)中存在的不能很好地分離頻率較近的諧波和間諧波的問題。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于SST變換的電網(wǎng)諧波與間諧波分析方法， 具體按照以下步驟實施：
[0008] 步驟1、對待檢測電力系統(tǒng)的信號進行采樣和離散化，得到待檢測的離散信號送入 中央處理器；
[0009] 步驟2、在中央處理器中對步驟1得到的待檢測的離散信號進行SST變換，獲得矩陣 A；
[0010] 步驟3、對步驟2中SST變換獲得的矩陣A進行分析得到待檢測電信號的諧波與間諧 波情況。
[0011] 本發(fā)明的特點還在于：
[0012] 步驟1中對待檢測電力系統(tǒng)的信號進行采樣和離散化的設(shè)備采用互感器或霍爾傳 感器。
[0013] 步驟1中中央處理器采用DSP或FPGA。
[0014] 步驟2 中 SST變換米用六種母小波為gauss、mor let、mexican hat、comp 1 ex mexican hat、bump、hermitian hat中任意一種對應(yīng)的SST變換。
[0015] 步驟2中矩陣A的元素表示為：
[0016] Ai,j = b(i <m, j < η)
[0017] 其中，i表示元素所在行，j表示元素所在列，b表示該元素的值，b對應(yīng)的是SST變換 結(jié)果的絕對值，m表示矩陣A的行數(shù)，η表示矩陣A的列數(shù)；
[0018] SST變換結(jié)果的行信息與信號的頻率成自然對數(shù)關(guān)系；
[0019] SST變換結(jié)果的列信息與信號的運行時刻成正比，每個j表示實際時間j*dt，dt是 采樣間隔。
[0020] 步驟3中分析得到待檢測電信號的電能信號情況，具體為：
[0021] (a)根據(jù)每個頻率對應(yīng)行SST變換結(jié)果的均值對比確定待測信號中所含有的頻率 信息：
[0022] 從第一行開始，到第m行為止，找到所有的均值大于設(shè)定下限值的行，它們對應(yīng)的 頻率即為待測信號中包含的所有頻率信息；
[0023] (b)將待測信號中含有的頻率信息確定后，對這些頻率信息對應(yīng)行元素的模值進 行對比，確定待測信號中各頻率信號的時域信息：
[0024] 若某頻率對應(yīng)行所有元素的模值基本相同且大于(a)中設(shè)定的下限值，則該頻率 信號在整個待檢測時間段上均存在，若某頻率對應(yīng)行元素的模值從第X個元素開始發(fā)生跳 變，到第y個元素結(jié)束跳變，則表明該頻率信號的模值在xt max/n~ytmax/n這一段時間內(nèi)發(fā)生 了跳變，其中，〇〈X〈y〈n，t max為待分析信號的總時長。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種基于SST變換的電網(wǎng)諧波與間諧波分析方法，采 用SST變換，在對復(fù)雜的混合信號進行分離時，可以獲得更為精確的分離結(jié)果;本發(fā)明提出 的方法可以清晰的辨識出弱高次諧波和間諧波，且對頻率的區(qū)分度更高。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明基于SST變換的電網(wǎng)諧波與間諧波分析方法示意圖；
[0027]圖2是含有等幅值基波和間諧波的待測信號時域波形圖；
[0028]圖3是圖2信號的WT變換結(jié)果圖；
[0029] 圖4是圖2信號采用本發(fā)明方法的結(jié)果圖；
[0030] 圖5是含有間諧波混疊的待測信號時域波形圖；
[0031 ]圖6是圖5信號采用本發(fā)明方法的結(jié)果圖；
[0032]圖7是含弱高次諧波和間諧波的待測信號時域波形圖；
[0033]圖8是圖7信號的WT變換結(jié)果圖；
[0034]圖9是圖7信號采用本發(fā)明方法的結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0036]本發(fā)明一種基于SST變換的電網(wǎng)諧波與間諧波分析方法，流程圖如圖1所示，具體 按照以下步驟實施：
[0037]步驟1、采用互感器或霍爾傳感器或其他采樣設(shè)備對待檢測電力系統(tǒng)的信號進行 采樣和離散化，得到待檢測的離散信號送入中央處理器CPU(可以為DSP或FPGA或其他處理 芯片）;
[0038] 步驟2、在中央處理器中對步驟1得到的待檢測的離散信號進行SST變換，獲得矩陣 A；
[0039] SST變換米用六種母小波為gauss、morlet、mexican hat、complex mexican hat、 bump、hermitian hat中任意一種對應(yīng)的SST變換。
[0040] 例如morlet小波的時域表達方式為：
[0042] 其中，fQ是母小波的中心頻率，fQ的取值要使得小波滿足容許性條件，實際操作中 取6 〇
[0043] 對SST變換獲得矩陣A中的元素進行說明，SST變換得到矩陣A中的一個元素可表示 為：
[0044] Ai,j = b(i <m, j < η) (2)
[0045] 其中，i表示元素所在行，j表示元素所在列，b表示該元素的值，b對應(yīng)的是SST變換 結(jié)果的絕對值，m表示矩陣A的行數(shù)，η表示矩陣A的列數(shù)；
[0046] SST變換結(jié)果的行信息與信號的頻率成自然對數(shù)關(guān)系；
[0047] SST變換結(jié)果的列信息與信號的運行時刻成正比，每個j表示實際時間j*dt，dt是 采樣間隔。
[0048] 步驟3、對步驟2中SST變換獲得的矩陣A進行分析得到待檢測電信號的諧波與間諧 波情況，具體為：
[0049] (a)根據(jù)每個頻率對應(yīng)行SST變換結(jié)果的均值對比確定待測信號中所含有的頻率 信息：
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