[发明专利]基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法

权利要求书

1.基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：通过电流互感器，将高压侧电流转换到低压侧可供仪器采样的离散信号；

步骤2：构造与离散信号长度一致的混合卷积窗，并对该混合卷积窗的主瓣进行多项式拟合，获得大致的主瓣轮廓；

步骤3：将步骤2所构造出的窗函数与离散信号相乘，并对乘积进行离散傅里叶变换DFT，获得信号的频谱信息；

步骤4：搜索频域上各峰值，判断局部是否存在主瓣干扰现象；

步骤5:对于存在主瓣干扰的区域，选择受主瓣干扰较轻的谱线建立插值公式，进而预计算出一组谐波参数的解；

步骤5中，对受主瓣干扰较轻的谱线的选择依据为：

1)、当局部仅有两个正弦波，二者相互干扰时；应选择取偏向峰值外侧、响度在160dB附近的数根谱线建立插值公式；

2)、当部存在的间谐波数量较多时；最左、最右侧的正弦波应选取偏向峰值外侧、响度在160dB附近的数根谱线建立插值公式，位于中部的正弦波选择峰值附近的谱线建立插值公式；

步骤6；以步骤5中预计算的解作为初始值，通过加速的PSO算法改善其精度。

2.根据权利要求1所述基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于：步骤1中，所述离散信号包括电流信号、或者电压信号。

3.根据权利要求1所述基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于：步骤2中，所述混合卷积窗的阶数允许为4、8、16，且构成该卷积窗的各单元只能为三角窗或矩形窗。

4.根据权利要求1所述基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于：步骤2中，所述多项式拟合以各谱线的响度作为自变量；以该谱线对应的频率作为因变量。

5.根据权利要求1所述基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于：步骤4中，判断是否存在主瓣干扰的依据为：首先，判断任意两个峰值之间的距离是否小于半个主瓣宽度，若小于，则存在主瓣干扰；若大于，则须进一步分析；将各峰值处的谱线轮廓与主瓣轮廓对比，若轮廓偏差较大，则存在主瓣干扰；反之，则不存在主瓣干扰。

6.根据权利要求1所述基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于：步骤5中，预计算出一组谐波参数的解，该解为z′×3的矩阵，z′为局部范围内存在的正弦波个数，每一行矩阵中，包括该正弦波的频率、幅值、相角等参数。

7.根据权利要求1所述基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法，其特征在于：步骤6中，PSO算法包括PSO本身的特征和加速算法的特征，其中：

PSO算法本身的特征在于：

1)、群体中第i个粒子的格式为：

其中：

p(i)为第i个粒子；对于存在z′个正弦波的主瓣干扰区域，其参数整理如下；

f为频率列相量，有：为第z′个正弦波的频率预计算值；

A为幅值列相量，有：为第z′个正弦波的幅值预计算值；

为相角列相量，有：为第z′个正弦波的相角预计算值；

2)、该算法的目标函数为：实际频域内各矢量的幅值、相角，与根据粒子数据重构出的各矢量幅值、相角之间相对误差的均值，即：

其中：

X(k′_g)为实际离散傅里叶变换得到的矢量；

为根据粒子数据重构得到的矢量；

g为所观测的局部频域中，第g支谱线的编号；

k′_g为第g支谱线的调整频率；

符号arg[·]表示矢量的相角；

Fit(i)为第i个粒子的适应度，数值越小越好；

PSO加速的特征体现在3个方面：

1)采用变惯性权重：ω＝ω_St-(ω_St-ω_Ed)×(t/T_max)²

其中：

ω_St为初始权重，建议取值0.9；ω_Ed为终止权重，建议取值0.4；t为迭代次数；T_max为最大迭代次数；由于谐波检测对算法实时性有一定要求，建议T_max的取值不超过100；

2)仅选择三角窗或矩形窗作为构成卷积窗的单元；

3)当频率的数值精度低于10^-5时，将其数值锁定在10^-5量级上。