计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法及系统，包括对第一采样信号进行离散傅里叶变换，形成第一频谱；将第一频谱的泄露干扰分解为基频泄露干扰、非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰；利用插值算法计算基波分量的幅值、频率与相位参数，从第一采样信号中剔除基波分量以消除基频泄露干扰，得到第二采样信号且形成第二频域信号；对第二频域信号进行频谱线性化与频谱错位相减，从第二采样信号中消除非近频频谱泄露干扰，形成第三频谱并分解为多个频谱组；对每个频谱组构建主瓣重叠干扰模型，采用自适应Newton法求解主瓣重叠干扰模型以消除主瓣重叠干扰；并能够准确计算剔除干扰后的各谐波与间谐波的参数，有效提高测量精度。高测量精度。高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及谐波与间谐波测量领域，具体涉及计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法及系统。

技术介绍

[0002]随着风电光伏等新能源场站的大规模并网与逆变器等电力电子设备的大量使用，电网中的谐波与间谐波含量急剧增加。谐波与间谐波会引发一系列严重问题，如保护装置误动、网损增加甚至系统谐振等等。而精准测量谐波与间谐波是治理谐波与间谐波问题的首要前提，对于维护电力系统的安全稳定运行至关重要。
[0003]各谐波或间谐波成分(简称为频率成分)之间的频谱泄露干扰会随着它们之间频率差的减小而迅速增大。尤其当频率差小于10Hz时，各频率成分的主谱瓣发生重叠。主谱瓣通常远大于旁瓣，因此主瓣重叠干扰远大于通常的频谱泄露干扰，甚至足以淹没谐波或间谐波的主谱线从而导致该频率成分不可见。但是，现有的窗函数法、插值傅里叶法、迭代傅里叶法、泰勒傅里叶法、全相位傅里叶法、压缩感知法与邻近谐波/间谐波测量方法(如多层插值法)等基于傅里叶变换的典型频域分析方法无法消除甚至会加剧主瓣重叠干扰，并且这些方法会由于无法观测到被淹没主谱线而失效。并且现有的准同步法、开尔曼滤波器法、Prony法、ESPRIT法与MatrixPencil法等典型的时域分析方法由于先验条件难以满足、对噪声敏感、幅值与相位估计精度欠佳等问题也无法准确分离近频谐波与间谐波。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是当发生主瓣重叠干扰时，现有的谐波与间谐波测量方法无法准确测量近频谐波与间谐波的幅值、频率与相位参数，甚至会因主谱线被淹没而失效。本专利技术目的在于提供计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法及系统，本专利技术能够计及主瓣重叠干扰并对其精准建模，能够将基波产生的频谱泄露干扰、非近频谐波与间谐波之间的频谱泄露干扰以及近频谐波与间谐波之间的频谱泄露干扰(即主瓣重叠干扰)依次消除，而无需任何假设与先验条件，从而避免了误差的累计，实现在主瓣重叠干扰影响下谐波与间谐波参数的精准测量。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，该方法包括：
[0007]获取对电网电压电流进行非同步采样得到的第一采样信号，并对第一采样信号进行离散傅里叶变换，得到第一频域信号并形成第一频谱；第一采样信号包括基波分量、近频谐波分量和间谐波分量；
[0008]基于非同步采样带来的频谱泄露，将第一频谱的泄露干扰分解为基频泄露干扰、非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰(即近频频谱泄露干扰)；
[0009]在频域上利用插值算法计算基波分量的幅值、频率与相位参数，并从第一采样信
号中剔除基波分量以消除基频泄露干扰，得到第二采样信号；并对第二采样信号进行离散傅里叶变换，得到第二频域信号；
[0010]对第二频域信号进行频谱线性化与频谱错位相减，并从第二采样信号中消除非近频频谱泄露干扰，得到第三采样信号并形成第三频谱，及将第三频谱分解为多个频谱组；
[0011]对每个频谱组构建主瓣重叠干扰模型，采用自适应Newton法求解主瓣重叠干扰模型以消除主瓣重叠干扰；并计算剔除干扰后的各谐波与间谐波的幅值、频率与相位参数。
[0012]进一步地，基频泄露干扰为基波产生的基频泄露干扰；
[0013]非近频频谱泄露干扰为非近频谐波与间谐波导致的非近频频谱泄露干扰；
[0014]主瓣重叠干扰为主瓣重叠导致的近频频谱泄露干扰。
[0015]进一步地，将第一频谱的泄露干扰分解为基频泄露干扰、非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰，泄露分解公式为：
[0016]X[k]＝X
f
[k]+X
n
[k]+X
a
[k]；
[0017][0018]式中，X[k]为第一频谱的泄露干扰，X
f
[k]为基频泄露干扰，X
n
[k]为非近频频谱泄露干扰，X
a
[k]为主瓣重叠干扰；a1为基波分量的幅值；f1为基波分量的频率；为基波分量的相位；m表示当前关注频率引索k附近近频谐波分量与间谐波分量的数目；M为采样信号中基波分量、谐波分量与间谐波分量的总数目；Δt为采样间隔，是采样频率f
s
的倒数；a
i
、f
i
与分别为采样信号x
i
[n]的幅值、频率与相位；N为200ms采样窗长内的采样点数；k为频域引索，表示第k根谱线；Δf为频率分辨率，通常为5Hz。
[0019]进一步地，对第二频域信号进行频谱线性化与频谱错位相减，并从第二采样信号中消除非近频频谱泄露干扰，得到第三采样信号并形成第三频谱，及将第三频谱分解为多个频谱组，包括：
[0020]对第二频域信号进行相位补偿，得到补偿后的第二频谱；补偿后的第二频谱包括非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰；
[0021]利用泰勒公式将非近频频谱泄露干扰进行展开，展开的过程中忽略高阶项并进行频谱线性化处理；
[0022]对补偿后的第二频谱进行循环移位，得到前移位频谱和后移位频谱；将补偿后的第二频谱分别与前移位频谱、后移位频谱进行错位相减，消除非近频频谱泄露干扰，得到第三采样信号并形成第三频谱，并将第三频谱分解为多个频谱组。
[0023]进一步地，频谱线性化处理的表达式为：
[0024][0025]式中，表示在任意频域引索处的非近频频谱泄露干扰；M为采样信号中基波分量、谐波分量与间谐波分量的总数目；m表示当前关注频率引索k附近近频谐波分量与间谐波分量的数目；N为采样点数；为频域引索k处的非近频频谱泄露干扰；Δf为频率分辨率；k为频域引索；Δk为频域引索变量；ζ为泰勒展开式的一次项。
[0026]进一步地，频谱错位相减后的第二频谱的计算方法为：
[0027][0028]式中，Z为频谱错位相减后的第二频谱；Y
(c)
为补偿后的第二频谱；为前移位频谱；为后移位频谱；
[0029]第二频谱中频谱组Z[k]的表达式为：
[0030][0031][0032]式中，M为采样信号中基波分量、谐波分量与间谐波分量的总数目；m表示当前关注频率引索k附近近频谐波分量与间谐波分量的数目；δ
i
为关于幅值a
i
、频率f
i
与相位的函数；β
i
为关于频率f
i
的函数；Δf为频率分辨率；a
i
、f
i
与分别为采样信号x
i
[n]的幅值、频率与相位。
[0033]进一步地，对每个频谱组构建主瓣重叠干扰模型，采用自适应Newton法求解主瓣重叠干扰模型以消除主瓣重叠干扰；并计算各谐波与间谐波的幅值、频率与相位参数，包括：
[0034]对每个频谱组进行逆傅里叶变换，获得频谱组的时域信号；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，其特征在于，包括：获取第一采样信号，并对第一采样信号进行离散傅里叶变换，得到第一频域信号并形成第一频谱；所述第一采样信号为对电网的电压电流进行非同步采样得到的信号，包括基波分量、近频谐波分量和间谐波分量；将第一频谱的泄露干扰分解为基频泄露干扰、非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰；在频域上利用插值算法计算基波分量的幅值、频率与相位参数，并从第一采样信号中剔除基波分量以消除基频泄露干扰，得到第二采样信号；并对第二采样信号进行离散傅里叶变换，得到第二频域信号；对第二频域信号进行频谱线性化与频谱错位相减，从第二采样信号中消除非近频频谱泄露干扰，得到第三采样信号并形成第三频谱，及将第三频谱分解为多个频谱组；对每个频谱组构建主瓣重叠干扰模型，采用自适应Newton法求解主瓣重叠干扰模型以消除主瓣重叠干扰；并计算剔除干扰后的各谐波与间谐波的幅值、频率与相位参数。2.根据权利要求1所述的计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，其特征在于，所述基频泄露干扰为基波产生的基频泄露干扰；所述非近频频谱泄露干扰为非近频谐波与间谐波导致的非近频频谱泄露干扰；所述主瓣重叠干扰为主瓣重叠导致的近频频谱泄露干扰。3.根据权利要求2所述的计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，其特征在于，所述将第一频谱的泄露干扰分解为基频泄露干扰、非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰，泄露分解公式为：X[k]＝X
f
[k]+X
n
[k]+X
a
[k]；式中，X[k]为第一频谱的泄露干扰，X
f
[k]为基频泄露干扰，X
n
[k]为非近频频谱泄露干扰，X
a
[k]为主瓣重叠干扰；a1为基波分量的幅值；f1为基波分量的频率；为基波分量的相位；m表示当前关注频率引索k附近近频谐波分量与间谐波分量的数目；M为采样信号中基波分量、谐波分量与间谐波分量的总数目；Δt为采样间隔，是采样频率f
s
的倒数；a
i
、f
i
与分别为采样信号x
i
[n]的幅值、频率与相位；N为采样点数；k为频域引索，表示第k根谱线；Δf为频率分辨率。4.根据权利要求1所述的计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，其特征在
于，所述对第二频域信号进行频谱线性化与频谱错位相减，并从第二采样信号中消除非近频频谱泄露干扰，得到第三采样信号并形成第三频谱，及将第三频谱分解为多个频谱组，包括：对第二频域信号进行相位补偿，得到补偿后的第二频谱；所述补偿后的第二频谱包括非近频频谱泄露干扰和主瓣重叠干扰；利用泰勒公式将所述非近频频谱泄露干扰进行展开，展开的过程中忽略高阶项并进行频谱线性化处理；对补偿后的第二频谱进行循环移位，得到前移位频谱和后移位频谱；将补偿后的第二频谱分别与前移位频谱、后移位频谱进行错位相减，消除非近频频谱泄露干扰，得到第三采样信号并形成第三频谱，并将第三频谱分解为多个频谱组。5.根据权利要求4所述的计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，其特征在于，所述频谱线性化处理的表达式为：式中，表示在任意频域引索处的非近频频谱泄露干扰；M为采样信号中基波分量、谐波分量与间谐波分量的总数目；m表示当前关注频率引索k附近近频谐波分量与间谐波分量的数目；N为采样点数；为频域引索k处的非近频频谱泄露干扰；Δf为频率分辨率；k为频域引索；Δk为频域引索改变量；ζ为泰勒展开式的一次项。6.根据权利要求4所述的计及主瓣重叠干扰的近频谐波与间谐波测量方法，其特征在于，所述频谱错位相减后的第二频谱的计算方法为：式中，Z为频谱错位相减后的第二频谱；Y
(c)
为补偿后的第二频谱；为前移位频谱；为后移位频谱；所述第二频谱中频谱组Z[k]的表达式为：
式中，M为采样信号中基波分量、谐波分量与间谐波分量的总数目；m表示当前关注频率引索k附近近频谐波分量与间谐波分量的数目；δ
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐方维，周全，王川，郭凯，舒勤，郑鸿儒，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：