一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，首先对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，对比分析各窗函数的主瓣和旁瓣对相量频谱分析的影响，确定以布莱克曼窗作为相量频谱分析时的窗函数；在得到相量的幅频特性后，对原始的相量数据加布莱克曼窗，并在FFT分析时加入一定数量的无效数据；提取现场收集到的一定时间段的相量数据，在FFT分析时加布莱克曼窗得出相量的幅频特性；使用间谐波分量的最大幅值作为参考值进行间谐波分量地筛选，得出所需间谐波分量的频率和幅值。该方法可以在电力系统中存有间谐波的情况下，准确地分解出量测相量数据中含有的次/超同步谐波分量，实现对电力系统中存在的间谐波进行有效监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法
本专利技术涉及同步相量测量
，尤其涉及一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法。
技术介绍
近年来，由于风能和太阳能等新能源发电技术的飞速发展，电力电子设备在电网中得到了大量应用，大规模新能源的接入为电网注入了大量间谐波，这些间谐波的存在会引发诸如次同步振荡等问题，为系统的稳定性带来了新的挑战。自2015年7月起，我国西部某新能源汇集地区多次发生次同步振荡现象，部分振荡使一些火力发电机组停运，给当地的生产生活带来了严重影响，此次次同步振荡的形成机理与传统电力系统中的不一致，而是由于大量新能源电力汇集引入的次同步谐波造成的，这就使得传统的次同步振荡监测、分析、保护与控制方法不再适用。因此，开发新的次同步谐波监测技术成为急需解决的课题。如今在我国220kV及以上变电站均安装有相量测量单元(PhasorMeasurementUnit，PMU)，这为基于PMU量测相量数据的次同步谐波监测技术提供了可能性。随着PMU设备在电力系统中的普及，各种基于PMU量测数据的应用也随之产生，例如低频振荡检测、参数辨识和模型验证等等。同时，随着PMU的相关国际标准和国内标准的发布，例如2011年的发布了PMU标准IEEEC37.118.1，相关研究者为了提高PMU的量测精度，也开展了有关研究，尤其是许多新的动态量测算法相继提出，以提高PMU的动态量测性能，目前在电力系统中存在间谐波的情况下，已经能够基于PMU测量技术准确地测量出相应的相量。但现有技术中通过PMU量测数据分析系统中存在的间谐波的相关研究还很少，尽管有关文献分析了系统中间谐波的存在对PMU相量数据的影响，但并未有相关文献涉及对间谐波相量的还原算法进行论述和研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，该方法可以在电力系统中存有间谐波的情况下，准确地分解出量测相量数据中含有的次/超同步谐波分量，从而实现对电力系统中存在的间谐波进行有效监测。一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，所述方法包括：步骤1、对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，对比分析各窗函数的主瓣和旁瓣对相量频谱分析的影响，确定以布莱克曼窗作为相量频谱分析时的窗函数；步骤2、在得到相量的幅频特性后，对原始的相量数据加布莱克曼窗，并在FFT分析时加入一定数量的无效数据，以对幅频特性曲线进行平滑处理；步骤3、提取现场收集到的一定时间段的相量数据，在FFT分析时加布莱克曼窗得出相量的幅频特性；步骤4、使用间谐波分量的最大幅值作为参考值进行间谐波分量地筛选，设定阈值对间谐波分量进行筛选，得出所需间谐波分量的频率和幅值。在所述步骤1中，具体过程为：在预定的时间窗内，对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，分析各窗函数的主瓣和旁瓣对频谱特性的影响。所述预定的时间窗为10秒，所述窗函数包括矩形窗、汉宁窗、凯泽窗和布莱克曼窗，其公式分别表示为：矩形窗：w(n)＝1(0≤n≤N-1)汉宁窗：凯泽窗：其中，I0(·)是第一类零阶变型贝塞尔函数，β是可自由选择的参数；布莱克曼窗：在所述步骤2中，所加入的无效数据的个数为相量有效数据的9倍，且所述无效数据指的是0。所述步骤4的具体过程为：根据所得到的相量的幅频特性，选取幅频曲线的极大值作为待选的间谐波分量；进一步设定阈值对间谐波分量进行筛选，得出所需间谐波分量的频率和幅值。所设定阈值的参考值为0.05，且所述间谐波的数量上限限定为20。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法可以在电力系统中存有间谐波的情况下，准确地分解出量测相量数据中含有的次/超同步谐波分量，并且能较为准确地提取出一段时间内系统中含有的间谐波分量的频率和幅值，从而实现对电力系统中存在的间谐波进行有效监测，基于相应的监测结果便于提高电力系统的稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供基于布莱克曼窗的间谐波提取方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的相量加不同窗函数后的幅频特性示意图；图3为本专利技术实施例提供的凯泽窗和布莱克曼窗的主瓣对相邻频率分量的影响示意图；图4为本专利技术实施例提供的矩形窗、汉宁窗和布莱克曼窗的旁瓣行为示意图；图5为本专利技术实施例提供的矩形窗和布莱克曼窗应用于实际向量数据的幅频特性示意图；图6为本专利技术实施例提供的相量加布莱克曼窗未平滑处理的幅频特性图；图7为本专利技术实施例提供的相量加布莱克曼窗平滑处理后的幅频特性图；图8为本专利技术实施例提供的实际线路中间谐波占基波分量较大的幅频特性图；图9为本专利技术实施例提供的实际线路中间谐波占基波分量较小的幅频特性图；图10为本专利技术实施例提供的实际系统中运行较为稳定的线路中提取出的各间谐波占最大间谐波幅值的示意图；图11为本专利技术实施例提供的实际系统中环境复杂的线路中提取出的各间谐波占最大间谐波幅值的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供的方法是在获得PMU量测的相量数据的基础上，提取出一段时间内系统中含有的次/超同步间谐波的频率和幅值。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例所提供基于布莱克曼窗的间谐波提取方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，对比分析各窗函数的主瓣和旁瓣对相量频谱分析的影响，并确定以布莱克曼窗作为相量频谱分析时的窗函数；在该步骤中，具体是在预定的时间窗内，对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，分析各窗函数的主瓣和旁瓣对频谱特性的影响。举例来说，首先在待处理的电力系统基波信号上叠加s个不同频率的间谐波，如式(1)所示：式中：Xm0是基波信号的幅值，f0是基波信号的频率，φ0是基波信号的初相角；Xmi、fi和φi(1≤i≤s)分别为第i个间谐波的幅值、频率和初相角。根据相量的定义，其对应的相量应如式(2)所示：若电力系统中发生次同步或者超同步振荡，经PMU量测后得到如式(2)的相量，为了进行间谐波分量的提取，需要进行频谱分析。式(3)所示为相量数据加不同的窗函数后的计算公式：式中，w(n)为窗函数的系数，N为分析的相量数据的个数。上述预定的时间窗为10秒，所涉及的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、凯泽窗和布莱克曼窗，其公式分别表示为：矩形窗：w(n)＝1(0≤n≤N-1)汉宁窗：凯泽窗：其中，I0(·)是第一类零阶变型贝塞尔函数，β是可自由选择的参数。布莱克曼窗：下面再分析窗函数的主瓣行为，为了简化分析过程，相量中只含有20.3Hz的间谐波分量，FFT的分析窗长分别为10s，相量的采样率为100Hz，分别加矩形窗、汉宁窗、凯泽窗和布莱克曼窗得出相量的幅频特性，如图2所示为本专利技术实施例提供的相量加不同窗函数后的幅频特性示意图，其中在进行凯泽窗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，对比分析各窗函数的主瓣和旁瓣对相量频谱分析的影响，确定以布莱克曼窗作为相量频谱分析时的窗函数；步骤2、在得到相量的幅频特性后，对原始的相量数据加布莱克曼窗，并在FFT分析时加入一定数量的无效数据，以对幅频特性曲线进行平滑处理；步骤3、提取现场收集到的一定时间段的相量数据，在FFT分析时加布莱克曼窗得出相量的幅频特性；步骤4、使用间谐波分量的最大幅值作为参考值进行间谐波分量地筛选，设定阈值对间谐波分量进行筛选，得出所需间谐波分量的频率和幅值。

【技术特征摘要】
1.一种基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，对比分析各窗函数的主瓣和旁瓣对相量频谱分析的影响，确定以布莱克曼窗作为相量频谱分析时的窗函数；步骤2、在得到相量的幅频特性后，对原始的相量数据加布莱克曼窗，并在FFT分析时加入一定数量的无效数据，以对幅频特性曲线进行平滑处理；步骤3、提取现场收集到的一定时间段的相量数据，在FFT分析时加布莱克曼窗得出相量的幅频特性；步骤4、使用间谐波分量的最大幅值作为参考值进行间谐波分量地筛选，设定阈值对间谐波分量进行筛选，得出所需间谐波分量的频率和幅值。2.根据权利要求1所述基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，其特征在于，在所述步骤1中，具体过程为：在预定的时间窗内，对相量数据加不同的窗函数进行FFT分析，分析各窗函数的主瓣和旁瓣对频谱特性的影响。3.根据权利要求2所述基于布莱克曼窗的间谐波提取方法，其特征在于，所述预定的时间窗为10秒，所述窗函数包括矩形窗、汉宁窗、凯泽窗和布莱克...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小龙，许苏迪，李渝，刘灏，常喜强，毕天姝，张锋，
申请(专利权)人：国网新疆电力公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65