[发明专利]一种基于SST变换的电网谐波与间谐波分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电能质量技术领域，具体涉及一种基于SST变换的电网谐波与间谐波分析方法。

背景技术

我国电网正在发生着深刻的变化，新一代电网中电源呈现多元化，清洁能源逐渐替代化石能源，风、光、潮汐可再生能源发电不断接入电网，多源多变换的复杂交直流电网系统正是目前电网的特点之一；电力系统电力电子化的趋势也日益明显。这些变化给电网带来了可靠性问题，继而引起的电能质量问题越来越受到电力部门和电网终端用户的高度关注。

由于电网中电力电子等非线性设备的大量使用，电力系统谐波污染日趋严重，不仅存在频率为工频整数倍的(整数次)谐波，还存在频率为工频非整数倍次的间谐波：不仅有参数在较长时间内基本恒定的稳态谐波，也存在短时出现或参数随时间变化的动态谐波。电网谐波可导致电力系统的发、供、用电设备出现异常现象和故障，对电力系统的安全、经济运行造成极大的危害。谐波、间谐波的分析及参数检测是实现其补偿、抑制与治理的依据。

目前，稳态谐波与间谐波的分析方法较多，而对短时出现或参数时变的动态谐波或间谐波的分析和检测方法的研究很少见诸文献。最常用的谐波与间谐波分析方法是离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)算法。但傅里叶变换是建立在平稳的周期性序列基础之上，对于间谐波，采用DFT来分析时，由于频谱泄露和栅栏效应可能淹没真实间谐波，或者可能产生一些虚假的间谐波。采用改进DFT算法或对DFT结果进行校正，可减小误差，这些方法主要有加窗插值法、准同步离散DFT和频谱校正法等，但是改进博里叶算法不适宜分析动态谐波或间谐波。一些学者用连续小波变换系数的幅值来检测间谐波频率，但由于不同尺度的小波函数在频域上相互干扰，且易受噪声影响，所以不能很好地分离频率较近的谐波和间谐波。此外，奇异值分解(SVD)、PRONY方法等算法也被用来分析谐波、间谐波，但在分析动态谐波与间谐波时均存在缺陷。

同步挤压小波变换(synchrosqueezing wavelet transform,SST)算法是在连续小波变换的基础上发展起来的一种非线性时频重分配算法。它通过将小波变换后的时频图在频率域方向进行压缩，获得较高频率精度的时频曲线，各时频曲线间不存在交叉项，即使函数波形为非谐波形式，同步挤压算法也能准确求得信号的瞬时频率。因此，同步挤压小波变换可以较好地改善频率混叠现象，即使待分解信号中含有多个频率比较接近的谐波信号，SST仍可较好地将其逐一提取出来。而且同步挤压小波变换对噪声具有较好的鲁棒性，当信号中混有较强的白噪声时，同步挤压小波变换仍可获得清晰的时频曲线和近似不变的分解结果。SST的特点使其可以在一定程度上克服小波变换和EMD分解的不足，在对复杂的混合信号进行分离时，可以获得更为精确的分离结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SST变换的电网谐波与间谐波分析方法，解决了现有技术中存在的不能很好地分离频率较近的谐波和间谐波的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于SST变换的电网谐波与间谐波分析方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对待检测电力系统的信号进行采样和离散化，得到待检测的离散信号送入中央处理器；

步骤2、在中央处理器中对步骤1得到的待检测的离散信号进行SST变换，获得矩阵A；

步骤3、对步骤2中SST变换获得的矩阵A进行分析得到待检测电信号的谐波与间谐波情况。

本发明的特点还在于：

步骤1中对待检测电力系统的信号进行采样和离散化的设备采用互感器或霍尔传感器。

步骤1中中央处理器采用DSP或FPGA。

步骤2中SST变换采用六种母小波为gauss、morlet、mexican hat、complex mexican hat、bump、hermitian hat中任意一种对应的SST变换。

步骤2中矩阵A的元素表示为：

A_i,j＝b(i≤m,j≤n)

其中，i表示元素所在行，j表示元素所在列，b表示该元素的值，b对应的是SST变换结果的绝对值，m表示矩阵A的行数，n表示矩阵A的列数；

SST变换结果的行信息与信号的频率成自然对数关系；

SST变换结果的列信息与信号的运行时刻成正比，每个j表示实际时间j*dt，dt是采样间隔。

步骤3中分析得到待检测电信号的电能信号情况，具体为：

(a)根据每个频率对应行SST变换结果的均值对比确定待测信号中所含有的频率信息：