本发明专利技术公开一种可提取谐波信号的相位、幅值及频率信息的基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法，依次按照如下步骤进行：取电网电压信号；对电网电压信号进行FFT变换；以频谱中分布的谐波个数为模态分解个数K；进行FFT反变换；进行VMD分解；判断是否有模态混叠；是，则在频域中去除噪声，返回d步骤；否，获得模态分量。
Harmonic detection method based on variational mode decomposition and noise removal
The invention discloses a harmonic detection method based on the phase, amplitude and frequency information of the harmonic signal, which is based on the variational mode decomposition and removal of the noise. According to the following steps, the voltage signal of the power grid is taken, the voltage signal of the power grid is transformed by FFT, and the number of harmonics distributed in the spectrum is K The FFT inverse transformation is carried out and the VMD decomposition is carried out to determine whether there is a modal aliasing; yes, the noise is removed in the frequency domain, and the D step is returned, and the modal component is obtained.
【技术实现步骤摘要】
基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法
本专利技术涉及一种电网谐波检测方法，尤其是一种可提取谐波信号的相位、幅值及频率信息的基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法。
技术介绍
随着新能源发电系统的大规模应用，电力电子设备已越来越多地被引入到电力系统中，从而产生过多电网谐波。电网谐波会导致电力电子设备过流，严重时将造成新能源发电系统大规模脱网等重大事故。理论上讲，电力电子设备可以在明确各类电网谐波信号特征全面信息（幅值、相位及频率）的前提下调整控制策略抑制过流，避免发生因保护动作而导致设备脱网的现象。目前，电网谐波信号特征辨识方法的研究主要集中在傅里叶变换（FourierTransform,FT）、小波变换（WaveletTransform,WT）、经验模态分解（EmpiricalModesDecomposition,EMD）以及独立成分分析（IndependentComponentAnalysis,ICA）4种方法。FT方法可将谐波信号特征的频率信息有效提取出来，但丢失了相位、幅值信息，无法得知扰动的发生时间、持续时长以及严重程度。WT方法可以同时获得谐波信号的相位与频率信息，从而得到比FT方法更好的辨识结果。但却具有对噪声敏感、鲁棒性差、频谱泄露等缺点。EMD方法具有无需待测信号的先验信息，可对非平稳信号进行分析等优点，但其缺乏数学理论支撑且所得结果易发生模态混叠现象，使不同的辨识结果含有相同的频率信息，不能够对扰动信号进行有效分离。ICA方法能够在源信号未知的情况下，提取电网谐波信号特征信息，是一种功能强大的信号处理方法。但该方法要求输入为多路信号，而电网信号多数为单通道电压信号，因此，采用ICA方法进行电网谐波特征辨识需要先将单通道信号转换为多通道信号，增加了算法复杂度；同时由于ICA的算法原理忽略信号的幅值信息，从而无法得知谐波扰动的严重程度。综上所述，现有方法并不能够将谐波信号的相位、幅值及频率信息全部提取出来，并且不能实现对电网谐波信号特征的在线检测。变分模态分解（VariationalModeDecomposition,VMD）方法由K.Dragomiretskiy和D.Zosso于2014年提出，是一种非迭代的新的模态估计方法，能够自适应地实现信号的频域划分及各分量的有效分离，并且所得结果同时含有幅值、相位及频率信息，已被应用到多个研究领域。但是，迄今为止未见关于采用VMD进行电网谐波信号特征检测的相关报道。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可提取谐波信号的相位、幅值及频率信息的基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法。本专利技术的技术解决方案是：一种基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：a.取电网电压信号；b.对电网电压信号进行FFT变换；c.以频谱中分布的谐波个数为模态分解个数K；d.进行FFT反变换；e.进行VMD分解；f.判断是否有模态混叠；是，则在频域中去除噪声，返回d步骤；否，获得模态分量。所述基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法，其特征在于所述f步骤在频域中去除噪声是按下式进行：式中，；所述，为采样点个数。本专利技术是以快速傅里叶变换选择变分模态分解关键参数K的策略与去噪算法相结合。通过仿真和真实电压信号进行实验，所得结果完全消除模态混叠现象，能够将电网中谐波、间谐波以及基波分量准确提取出来，从而为控制器及时调整控制策略抑制过流，避免电力设备因发生保护动作而导致脱网的现象发生。附图说明图1是本专利技术实施例的流程图。图2是本专利技术实施例1的仿真信号时域波形图。图3是本专利技术实施例1的仿真信号频域波形图。图4是本专利技术实施例1仿真原始信号及分离所得分量频谱图。图5是本专利技术实施例1分离所得各个分量的时域波形图。图6是本专利技术实施例2的仿真信号时域波形图。图7是本专利技术实施例2的仿真信号频域波形图。图8是本专利技术实施例2仿真原始信号及分离所得分量频谱图。图9是本专利技术实施例2分离所得各个分量的时域波形图。图10是本专利技术实施例2的去除噪声信号时域波形图。图11是本专利技术实施例2的去除噪声信号频域波形图。图12是本专利技术实施例2去噪信号及分离所得分量频谱图。图13是本专利技术实施例2去噪信号分离所得各个分量的时域波形图。图14是本专利技术实施例3的仿真信号时域波形图。图15是本专利技术实施例3的仿真信号频域波形图。图16是本专利技术实施例3仿真原始信号及分离所得分量频谱图。图17是本专利技术实施例3分离所得各个分量的时域波形图。图18是本专利技术实施3的去除噪声信号时域波形图。图19是本专利技术实施例3的去除噪声信号频域波形图。图20是本专利技术实施例3去噪信号及分离所得分量频谱图。图21是本专利技术实施例3去噪信号分离所得各个分量的时域波形图。图22是本专利技术实施例4的电网电压时域波形图。图23是本专利技术实施例4的电网电压频域波形图。图24是本专利技术实施例4电网电压信号及分离所得分量频谱图。图25是本专利技术实施例4分离所得各个分量的时域波形图。图26是本专利技术实施4的去除噪声信号时域波形图。图27是本专利技术实施例4的去除噪声信号频域波形图。图28是本专利技术实施例4去噪信号及分离所得分量频谱图。图29是本专利技术实施例4去噪信号分离所得各个分量的时域波形图。具体实施方式实施例1：本专利技术的一种基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法如图1所示，依次按照如下步骤进行：a.取电网电压信号；基于MATLAB平台建立电网电压仿真信号，由3个不同频率分量以及高斯白噪声混合而成，其表达式为：其中，3个分量的频率分别为12Hz，50Hz，150Hz，是高斯白噪声。N是噪声幅值系数，N=0.02，SNR=12.89dB（只考虑150Hz分量与噪声的比较），仿真信号时域波形如图2所示。b.对电网电压信号进行FFT变换，频域波形如图3所示，图3中Y轴为幅值，X轴为角频率。从图3可见，该仿真信号主要由12Hz，50Hz，150Hz的3个谐波分量组成；c.以频谱中分布的谐波个数为模态分解个数K，即K=3；d.进行FFT反变换；e.维纳滤波系数采用默认值，令，进行VMD分解；结果分别如图4、图5所示。图4为仿真信号与分离所得分量的频谱对比图。虚线为仿真信号，实线为分离信号，从图4中可以看出，所提取的各个信号分量的频率均与原始信号频率分布吻合。图5为各个分量的时域波形图。a为第一模态分量（12Hz谐波分量）时域波形图；b为第二模态分量（50Hz基波分量）时域波形图；c为第三模态分量（150Hz谐波分量）的时域波形图。f.判断是否有模态混叠；从图5中可以看出，三个分量的时域波形被很好的提取出来，并且保留其频率、相位以及幅值信息，并且没有模态混叠，可输出获得模态分量。实施例2：本专利技术的一种基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法如图1所示，依次按照如下步骤进行：a.取电网电压信号；基于MATLAB平台建立电网电压仿真信号，由3个不同频率分量以及高斯白噪声混合而成，其表达式为：其中，3个分量的频率分别为12Hz，50Hz，150Hz，是高斯白噪声。N是噪声幅值系数，N=0.05，SNR=4.98dB。仿真信号时域波形如图6所示。b.对电网电压信号进行FFT变换，频域波形结果如图7，图7中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：a. 取电网电压信号；b. 对电网电压信号进行FFT变换；c. 以频谱中分布的谐波个数为模态分解个数K；d. 进行FFT反变换；e. 进行VMD分解；f. 判断是否有模态混叠；是，则在频域中去除噪声，返回d步骤；否，获得模态分量。
【技术特征摘要】
1.一种基于变分模态分解和去除噪声的电网谐波检测方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：a.取电网电压信号；b.对电网电压信号进行FFT变换；c.以频谱中分布的谐波个数为模态分解个数K；d.进行FFT反变换；e.进行VMD分解...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡克卫，何东钢，栾其斌，郑秋辰，李响，
申请(专利权)人：大连海洋大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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