一种抗噪声的电力系统谐波检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抗噪声的电力系统谐波检测方法，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、在中央处理器中通过S变换为步骤1中待检测的离散信号去噪；步骤3、对步骤2去噪后的S变换结果进行反傅里叶变换IFFT，得到去噪后的TT变换结果；步骤4、对步骤3去噪后的TT变换结果进行分析获得信号的分段信息；步骤5、根据步骤4中获得的分段信息，获得待检测信号中的谐波成分及每种谐波成分的起止时刻。本发明专利技术谐波检测方法可以去除噪声对谐波检测的影响；本发明专利技术谐波检测方法可检测微弱的高次谐波，还可检测谐波存在的时间范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统谐波检测
，具体涉及一种抗噪声的电力系统谐波检 测方法。
技术介绍
谐波对公用电网和相关系统有很大的危害，会对附近的通信系统产生干扰，降低 通信质量，高次谐波环境对人、动物以及生态环境也有很大的影响。谐波检测是谐波抑制 的前提，在当前电网负载日益复杂的情况下，良好的谐波检测方法利于电网谐波干扰状况 的有效分析和监督，因此研究谐波检测的方法是非常有必要的，早期的谐波检测方法都是 基于频域理论，即采用模拟滤波的原理，但是当需要检测多次谐波分量时，实现电路变得复 杂，设计难度随之增加；日本学者H. Akagi等人提出了基于时域和非正弦条件下的瞬时无 功功率理论，即以瞬时实功率P和瞬时虚功率Q为基础的P-Q理论，目前在有源电力滤波器 中，这种方法已经得到了广泛的应用，但是该理论是基于三相三线制电路提出的，对于单相 电路应用反而复杂；国内外应用神经网络检测谐波也日益增多，即利用多层前馈网络的函 数逼近能力，通过构造特殊的多层前馈神经网络，来进行谐波检测，这种方法计算量小，实 时性好，但是在工程应用中还有很多问题；FFT是当今谐波检测中应用最广泛的一种谐波 检测方法，常用于检测基波和整数次谐波，该方法可以同时得到谐波的幅值和相位，而且功 能较多，计算方便。但是FFT也有它的局限性：首先是从模拟信号中提取全部频谱信息，理 论上需要取无限长的时间量，其次是检测结果没有反映出随时间变化的频率，当人们需要 在了解非平稳信号的频谱信息时，FFT不再适用。针对FFT方法此缺点，人们利用短时傅立 叶变换（Short Time Fourier Transformation，STFT)和小波变换（wavelet transform， WT)检测谐波，但是STFT的时频分辨率是固定的，WT虽然有自适应的多分辨率，但是一方面 它仍然需要在时频分辨率之间进行折衷，另一方面WT是时间尺度变换，不同的小波检测出 的谐波都要把尺度转化为频率。同时上述的谐波检测方法都无法去除噪声对电力系统谐波 检测影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，解决了现有谐波检测 方法无法去除噪声对电力系统谐波检测影响的问题。 本专利技术所采用的技术方案是，，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、在中央处理器中通过S变换为步骤1中待检测的离散信号去噪； 步骤3、对步骤2去噪后的S变换结果进行反傅里叶变换IFFT，得到去噪后的TT 变换结果； 步骤4、对步骤3去噪后的TT变换结果进行分析获得信号的分段信息； 步骤5、根据步骤4中获得的分段信息，获得待检测信号中的谐波成分及每种谐波 成分的起止时刻。 本专利技术的特点还在于： 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具体为：利用非谐波频率的信息，通过离散信号的S变换对噪声的功率进行 估计，得到噪声的功率谱，然后利用硬阈值或软阈值在S变换域对待检测离散信号去噪。 步骤4中对TT变换结果进行分析获得信号的分段信息，具体为：当离散信号中混 入瞬时谐波，TT变换的结果将发生突变，将发生突变时刻判定为瞬间谐波的起始时刻；当 离散信号中混入的瞬时谐波消失时，TT变换的结果也将再次发生突变，再次发生突变的时 刻判断定为瞬时谐波的终止时刻；继续判断TT变换的结果发生突变时刻，直至将TT变换的 结果全部判断完；根据瞬时谐波的开始时刻和结束时刻，将离散信号分段；如果TT变换的 结果没有发生突变，则离散信号中没有瞬时谐波，无需对离散信号分段。 步骤5中谐波成分及每种谐波成分的起止时刻的获得具体为： ①若待检测的离散信号没有分段，直接从TT变换的结果中抽取对角单元，然后对 对角单元进行快速离散傅里叶变换，检测出幅度谱的极大值数目就是谐波个数，对应的频 率就是谐波频率，即得到谐波成分，无分段的离散信号其谐波起始时刻是采样开始时刻，终 止时刻是采样终止时刻； ②若对待检测的离散信号进行了分段，根据步骤2对信号的分段信息，在每段中 抽取TT变换的结果中的对角单元，然后对对角单元进行快速离散傅里叶变换，每段检测出 幅度谱的极大值数目就是该段的谐波个数，对应的频率就是该段的谐波频率，即得到谐波 成分，从得到的谐波成分中得出每种谐波成分的起止时刻。 本专利技术的有益效果是：本专利技术，能够去除噪 声对电力系统谐波检测的影响；同时本专利技术，能够检 测微弱的高次谐波；并且本专利技术，可应用于平稳信号 和非平稳的分段信号的谐波检测，还可检测谐波存在的时间范围，应用效果好。【附图说明】 图1是本专利技术的流程图； 图2是分段信号的TT变换结果图； 图3是含有噪声的待检测信号图； 图4是待检测信号有噪声的FFT变换结果图； 图5是待检测信号有噪声的本专利技术检测方法结果图； 图6是待检测信号有分段的FFT变换结果图； 图7是待检测信号有分段的S变换结果图； 图8是待检测信号有分段的本专利技术检测方法结果图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说明。 本专利技术，流程如图1所示，具体按照以下步 骤实施： 步骤1、采用互感器或霍尔传感器或其他采样设备对待检测电力系统的电流信号 或电压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CPU (可以为DSP或 FPGA或其他处理芯片）； 步骤2、在中央处理器中通过S变换为步骤1中待检测的离散信号去噪： 当信号中含有噪声时，需要对信号降噪，本专利技术通过S变换为步骤1中待检测的离 散信号去噪。S变换降噪方法比较特殊，因为白噪声通过S变换后不再是白噪声，噪声的功 率谱与频率成正比，因此不同于小波阈值降噪，需要选取噪声阈值与频率有关。噪声的功率 可以通过信号的S变换进行估计，估计时要利用非谐波频率的信息（谐波总是基波频率的 整数倍，例如50Hz，100Hz，150Hz，200Hz等等，在谐波之间例如51-99就是非谐波频率）。获 得噪声的功率谱后，利用硬阈值或者软阈值在S变换域去噪； 步骤3、对步骤2去噪后的S变换结果进行反傅里叶变换IFFT，得到去噪后的TT 变换结果； S变换与TT变换之间的对应关系为： 由该公式可知S变换的结果经过反傅里叶变换（IFFT)即可得到TT变换的结果。 步骤4、对步骤3去噪后的TT变换结果进行分析获得信号的分段信息； 以图2所示TT变换结果为例说明，当离散信号中突然混入瞬时谐波时，其TT变换 的结果明显与之前不含瞬时谐波的TT变换结果不同，据此可知，若TT变换的结果发生突变 (130采样点附近），则必定其原始离散信号中突然混入瞬时谐波，将发生突变时刻判定为 瞬间谐波的起始时刻，同理，当离散信号中混入的瞬时谐波突然消失时（250采样点附近）， 其TT变换的结果也将发生突变，再次发生突变的时刻判断定为瞬时谐波的终止时刻。继续 判断TT变换的结果发生突变时刻，直至将TT变换的结果全部判断完；根据瞬时谐波的起始 时刻和终止时刻，将离散信号分段；从图2可以明确的看出瞬时谐波的具体发生时间的区 间； 如果TT变换的结果没有发生突变，则离散信号当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗噪声的电力系统谐波检测方法，其特征在于，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、在中央处理器中通过S变换为步骤1中待检测的离散信号去噪；步骤3、对步骤2去噪后的S变换结果进行反傅里叶变换IFFT，得到去噪后的TT变换结果；步骤4、对步骤3去噪后的TT变换结果进行分析获得信号的分段信息；步骤5、根据步骤4中获得的分段信息，获得待检测信号中的谐波成分及每种谐波成分的起止时刻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，满蔚仕，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61