一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于希尔伯特‑黄变换和专家系统的鉴相方法及装置，对待测电压信号进行经验模态分解，采用希尔伯特变换求取已分解的固有模态函数的瞬时幅值、相位和频率，从而确定待测电压信号的基波瞬时相位；为了实现自动鉴相，建立了专家系统对所测相位差进行自主分析，从而确定所述多路待测电压信号的相序相位关系；能显著提高核相精度及核相效率，减少现场工作人员的工作量，提高电网智能化水平。

And a device Hilbert Huang transform and expert system based on phase discrimination method

The invention discloses a device and a Hilbert Huang transform and expert system based on phase discrimination method, empirical mode decomposition voltage to obtain the instantaneous amplitude, phase and frequency of the intrinsic mode function decomposed by Hilbert transform, so as to determine the fundamental instantaneous phase voltage measured signal; in order to realize the automatic identification the phase difference, the expert system is established for independent analysis of the measured phase and phase sequence and phase relation of the multi-channel signal to determine the measured voltage; can significantly improve the accuracy and efficiency of nuclear nuclear phase, reduce the workload of staff, improve the level of intelligent power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法及装置
本专利技术涉及一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法及装置，属于电气工程

技术介绍
新发电厂并网，新变电站投产前，输变电工程扩建、改造或主设备大修后，竣工投运现场经常要做核相试验，核相包括核对相序和核对相位。相序不正确将造成发电机无法并网，电动机反转等严重事故，造成巨大生命财产损失。相位作为周期信号的三要素之一，其精确检测对于核相工作具有重要意义。目前，常用的相位检测方法包括过零检测法，波形变换法，瞬时值法等。过零检测法的缺点是当被测信号频率波动时精度较低，误差大，不适合电力信号的相位检测；波形变换法的缺点是对硬件要求特别高，需要滤波变换等多个过程，检测准确度较低；瞬时值法中最常用的是离散傅里叶变换法(DFT)，该算法实现方便且无需整流滤波环节，但DFT存在频谱泄漏问题，受电网频率波动和采样频率不匹配的影响会导致误差较大，且不具备时域分辨率，不能反映信号瞬时频率随时间的变化情况，因而仅适用于分析平稳信号。现阶段，核相工作大多采用多人协调配合、多次测量、人工对电压进行比对的方式，工作量大且效率低下。而且当核相发现问题时，往往需要试验人员依据自身经验进行分析判断，这不仅潜在地增加了工作人员的工作强度，降低了工作效率，对工作人员的技能水平要求较高，对存在问题判断也较为困难，存在潜在的出错风险。通过以上分析，可以发现现有的核相方法及装置精度较差，效率低下，不够智能化。基于此，有必要提出一种精度高、适用范围广、智能化的鉴相方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法及装置。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，包括以下步骤，步骤1，对任意给定的多路待测电压信号进行采样；步骤2，对多路采样信号进行希尔伯特-黄变换，得到多路待测电压信号的瞬时幅值、相位和频率；步骤3，根据预设的专家系统进行智能匹配，实现多路待测电压信号相序相位关系的自动鉴定。步骤1的具体过程为，S11，预设核相参数；S12，引入任意给定的多路待测电压信号；S13，对任意给定的多路待测电压信号进行采样，得到采样信号。3、根据权利要求2所述的一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：核相参数包括待核相数n、电压等级U、最大允许电压误差KU以及最大允许相位误差步骤2的具体过程为，S21，对采样信号信号进行经验模态分解得出一列本征模态函数；S22，对本征模态函数进行希尔伯特变换，得到对应待测电压信号的瞬时幅值、相位及频率。S21的具体过程为，S211，设待测电压信号u(t)，测电压信号u(t)的采样信号Xn(t)，由采样信号Xn(t)求得待测电压信号u(t)的所有局部极点，通过三次样条差值函数分别拟合待测电压信号u(t)的极大值和极小值，形成待测电压信号u(t)的上包络线和下包络线，求出上下包络线的平均值m(t)，用待测电压信号u(t)的原数据序列和m(t)作差，得到一个分量为h1(t)，即u(t)-m(t)＝h1(t)S212，判断h1(t)是否满足本征模态函数条件，若不满足，则将h1(t)视为新的待测电压信号，重复S211直到第k次满足本征模态函数条件为止，得到hk(t)，记c1＝h1(t)为本征模态函数的第一个分量，残余分量为r1＝u(t)-c1；S213，将r1作为新的待测电压信号，重复S211和S212的过程，得到本征模态函数的第二个分量c2，残余分量为r2＝r1-c2；以此类推，得到n个满足本征模态函数条件的残余分量r1＝u(t)-c1,r2＝r1-c2,…,rn＝rn-1-cn；S214，当rn不能再被提取本征模态函数分量时，分解过程结束，待测电压信号u(t)可表示为，本征模态函数满足以下条件，A)整个信号数据的极值点与零点个数相等或相差为1；B)在任意点上，信号数据序列局部的极大值与局部极小值所形成的包络线均值需为零，即信号局部关于横轴对称。S22的具体过程为，S221，设待测电压信号进行经验模态分解后的本征模态函数n分量u1(t)，对u1(t)进行希尔伯特变换；其中，函数u1(t)的希尔伯特变换可看成函数u1(t)和1/πt的卷积；S222，求u1(t)的解析信号z(t)；z(t)＝u1(t)+jH[u1(t)]＝A(t)ejθ(t)其中，为瞬时幅值，为瞬时相位，瞬时频率步骤3的具体过程为，S31，根据瞬时幅值、相位和频率，确定多路待测电压信号基波分量在同一时刻t0的幅值A(t0)和相位θ(t0)；S32，计算出t0时刻多路待测电压信号间的相位差；S33，根据电压等级U、最大允许电压误差KU及幅值A(t0)，确定待测电压信号幅值是否均在允许范围内，若不再允许范围内，则输出线路存在故障，否则转入下一步；S34，根据待核相数n及幅值A(t0)，确定并输出待测电压信号中是否有中性线和中性线编号；S35，根据最大允许相位误差将相位差与专家系统内部的专家知识库匹配，输出各路待测电压信号的同相编号及正负序关系的步骤。一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相装置，包括信号采集单元、希尔伯特-黄分析单元、智能核相单元和人机交互单元；信号采集单元用以对多路待测电压信号进行采样，得到多路采样信号；希尔伯特-黄分析单元用以对多路采样信号进行希尔伯特-黄变换，得到多路待测电压信号的瞬时幅值、相位和频率；智能核相单元用以运行专家系统，实现多路待测电压信号相序相位关系的自动鉴定；人机交互单元用以设置核相参数及输出自动核相结果。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术对待测电压信号进行经验模态分解(EMD)，采用希尔伯特变换(HT)求取已分解的固有模态函数的瞬时幅值、相位和频率，从而确定待测电压信号的基波瞬时相位；为了实现自动鉴相，建立了专家系统对所测相位差进行自主分析，从而确定所述多路待测电压信号的相序相位关系；能显著提高核相精度及核相效率，减少现场工作人员的工作量，提高电网智能化水平。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。图2为本专利技术方法的具体流程图。图3为本专利技术装置的原理框图。图4为本专利技术装置的详细结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1和2所示，一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，包括以下步骤：步骤1，对任意给定的多路待测电压信号进行采样。任意给定的多路待测电压信号一般为6路(三相制)或8路(三相四线制)电力线路信号，需要经过互感器隔离、变换成幅值较小的模拟电压信号，经采样后得到的是数字信号。具体过程如下：S11，预设核相参数。核相参数包括待核相数n、电压等级U、最大允许电压误差KU以及最大允许相位误差其中，最大允许电压误差KU以及最大允许相位误差可根据电力系统运行规程中规定的最大允许电压偏移、并网时同相最大允许相位差确定，也可以由运行人员根据实际工程经验自行设置该参数，以达到更好核相效果S12，引入任意给定的多路待测电压信号。S13，对任意给定的多路待测电压信号进行采样，得到采样信号。步骤2，对多路采样信号进行希尔伯特-黄变换，得到多路待测电压信号的瞬时幅值、相位和频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于希尔伯特‑黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，对任意给定的多路待测电压信号进行采样；步骤2，对多路采样信号进行希尔伯特‑黄变换，得到多路待测电压信号的瞬时幅值、相位和频率；步骤3，根据预设的专家系统进行智能匹配，实现多路待测电压信号相序相位关系的自动鉴定。

【技术特征摘要】
1.一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，对任意给定的多路待测电压信号进行采样；步骤2，对多路采样信号进行希尔伯特-黄变换，得到多路待测电压信号的瞬时幅值、相位和频率；步骤3，根据预设的专家系统进行智能匹配，实现多路待测电压信号相序相位关系的自动鉴定。2.根据权利要求1所述的一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：步骤1的具体过程为，S11，预设核相参数；S12，引入任意给定的多路待测电压信号；S13，对任意给定的多路待测电压信号进行采样，得到采样信号。3.根据权利要求2所述的一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：核相参数包括待核相数n、电压等级U、最大允许电压误差KU以及最大允许相位误差4.根据权利要求1所述的一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：步骤2的具体过程为，S21，对采样信号信号进行经验模态分解得出一列本征模态函数；S22，对本征模态函数进行希尔伯特变换，得到对应待测电压信号的瞬时幅值、相位及频率。5.根据权利要求4所述的一种基于希尔伯特-黄变换和专家系统的鉴相方法，其特征在于：S21的具体过程为，S211，设待测电压信号u(t)，测电压信号u(t)的采样信号Xn(t)，由采样信号Xn(t)求得待测电压信号u(t)的所有局部极点，通过三次样条差值函数分别拟合待测电压信号u(t)的极大值和极小值，形成待测电压信号u(t)的上包络线和下包络线，求出上下包络线的平均值m(t)，用待测电压信号u(t)的原数据序列和m(t)作差，得到一个分量为h1(t)，即u(t)-m(t)＝h1(t)S212，判断h1(t)是否满足本征模态函数条件，若不满足，则将h1(t)视为新的待测电压信号，重复S211直到第k次满足本征模态函数条件为止，得到hk(t)，记c1＝h1(t)为本征模态函数的第一个分量，残余分量为r1＝u(t)-c1；S213，将r1作为新的待测电压信号，重复S211和S212的过程，得到本征模态函数的第二个分量c2，残余分量为r2＝r1-c2；以此类推，得到n个满足本征模态函数条件的残余分量r1＝u(t)-c1,r2＝r1-c2,…,rn＝rn-1-cn；S214，当rn不能再被提取本征模态函数分量时，分解过程结束，待测...

【专利技术属性】
技术研发人员：田涛，陈昊，朱超，朱斌，张兆君，王深哲，濮星海，高丙团，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司检修分公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32