[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

说明书

基于三角‑矩形混合卷积窗及加速粒子群优化算法的间谐波检测方法，其步骤如下：首先，通过电力互感器将电网电流/电压信号转换为二次侧离散信号；其次，构造与该信号长度一致的三角‑矩形混合卷积窗，将其与信号相乘；然后，对加窗信号进行离散傅里叶变换，并在频域中找到合适的谱线构造插值公式；继而，按照常规的插值算法，预计算出局部区域内所有正弦波的参数；最后，将预计算的结果整理成矩阵，作为初始粒子代入加速的PSO算法。通过迭代对粒子进行优化，从而获得精度较高的谐波参数。该方法避免了分解受主瓣干扰的频谱，通过进化类算法优化预计算的解。因此，该方法能够稳定提高检测精度，且具较强泛用性。

技术领域

本发明属于电力系统谐波信号检测技术领域，具体是一种基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法。

背景技术

谐波检测是电能质量检测的重要任务之一。随着大量非线性元件引入电网，间谐波的治理越来越重要。相较于常规的谐波检测，频率不规律的间谐波易在频域中造成主瓣干扰。由于传统的插值DFT算法通过频域内的谱线计算谐波参数，主瓣干扰的出现会严重降低其检测精度。在间谐波的治理问题上，小波变换及类似的原子算法能够较好地分解频域信息。相较于传统的插值DFT算法，该类方法避免了分析受干扰谱线。但该类方法的问题在于，算法中的基底并不与正弦波的频谱完全一致。这导致频域中的分解过程始终无法达到尽善尽美。因此，在解决间谐波造成的主瓣干扰问题上，现有算法还有较大改善空间。

发明内容

为解决间谐波与相邻正弦波频率相近所造成的主瓣干扰现象，本发明公开了一种基于三角-矩形混合卷积窗及加速PSO算法的间谐波检测方法。该方法先采用插值DFT算法，预计算出一组较大致合理的数值解，再运用加速的PSO算法对该解的精度进行优化。相较于单纯的频域谱线分析方法而言，该方法能够避免分析受干扰谱线；且在重构频域中各矢量时，能够脱离基底的限制，生成与正弦波轮廓更贴近的谱线。因此，该算法具有更好的检测精度。

本发明采取的技术方案为：

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，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。

步骤1中，所述离散信号通常为电流信号，特殊情况下也包含电压信号。由于计算机、开发版等仪器无法处理连续信号，因此需通过采样仪器将连续信号转换成离散信号，然后运用仪器进行分析。通常检测中，通过采样所获得的信号为离散电流信号，少数情况下，也对离散电压信号进行检测。其特征在于，该信号为能够被仪器或计算机识别的、离散的电流或电压信号。

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。在窗的阶数方面，高阶的卷积窗能够较好地抑制频谱泄漏、旁瓣干扰等误差，使后续的PSO算法避免不必要的分析；而在卷积单元的选择方面，三角窗和矩形窗所对应的离散傅里叶变换，在单个频点上仅生成一个相量，这一特征有助于提高PSO算法的计算效率。其特征在于，混合卷积窗的阶数通常在4阶以上。且构成该窗的单元只能为三角窗或矩形窗。