【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及谐波检测，尤其涉及一种基于改进vmd算法的间谐波检测方法和系统。
技术介绍
1、电动汽车与电网互动（vehicle to grid，简称v2g）技术为解决当用电高峰期到来时，需要提高供电能力，而当用电低谷期，多余的发电量又会浪费这种电网效率偏低和汽车尾气排放的问题提供了一种可行的方案。将电动汽车接入电网进行充放电控制时也会存在这一些问题，如电网负荷具有非线性、三相不平衡和较强的时变等特征，还会存在谐波干扰问题，使得电网电流和电压信号中生成很多非整数倍工频的频率成分，即间谐波。这些问题会增加了电动汽车参与电网调度的难度，增加能量损失，降低电力系统可靠性，因此，间谐波检测分析对于车网互动的监控与保护都具有十分重要的意义。
2、现有的谐波检测方法主要有：采用模拟带通或带阻滤波器的谐波检测方法、基于傅里叶变换的谐波检测方法、基于瞬时空间矢量的谐波检测方法、基于prony的谐波检测方法、基于小波变换的谐波检测方法、基于经验模态分解相关算法的谐波检测方法和基于神经网络的谐波检测方法。采用模拟带通或带阻滤波器的谐波检测方法是最早的谐波测量方法，该方法的缺点是受外界环境影响较大，难以获得理想的幅频和相频特性，检测精度不高。傅里叶变换作为传统的且最常用的谐波检测方法，面对间谐波的不稳定和频率难以预测特性，会不可避免地产生频谱泄露、频率混叠等问题，难以实现高准确度的测算。prony方法的数值计算存在许多困难，构造样本函数矩阵计算量偏大。基于瞬时空间矢量的谐波检测方法，在电网电压畸变时会存在较大误差。小波变换需要提前确定小波
3、变分模态分解（vmd，variational mode decomposition）是在传统经验模态分解的基础上采用建立变分模型，对变分模型最优解的搜索的方法，来实现将一个信号分解为指定层数具有各自中心频率的有限带宽固有模态函数（blimf，band-limited intrinsicmode function）信号，同时它还有更加完善的理论基础做依托，有助于降低信号的复杂度。vmd有效地克服了emd等传统采用递归的分解方式中出现的模态与模态之间发生混叠以及端点处分解出错的问题，在当前复杂多变的电网信号分析处理中，具有更好的分解效果。然而，现有的vmd算法对信号进行处理分析时，对于有限长时域信号，求得blimf过程中会在时域端点产生端点效应，分解的谐波信号准确度不高。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于改进vmd算法的间谐波检测方法和系统，用于解决现有的基于vmd算法的间谐波检测方法谐波信号检测准确度不高的技术问题。
2、有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种基于改进vmd算法的间谐波检测方法，包括：
3、基于预设采样频率，对电力系统中的谐波信号进行采样，谐波信号包含谐波和间谐波；
4、基于ar模型预测的数据延拓方法对谐波信号进行延拓处理，得到延拓后的谐波信号；
5、对延拓后的谐波信号进行vmd分解，得到带约束条件的变分模型；
6、对带约束条件的变分模型求解最优解，得到各blimf信号分量；
7、对各blimf信号分量进行截取处理，使得截取后的各blimf信号分量的位置和长度均与延拓处理前的谐波信号一致；
8、将截取处理后的各blimf信号分量进行快速傅里叶变换，计算出幅度参数和相位参数，得到各blimf信号分量对应的间谐波信号。
9、可选地，带约束条件的变分模型为：
10、；
11、其中， t为时间变量，为单位脉冲函数，为偏导函数，*为卷积操作，为延拓后的谐波信号，为第m个blimf信号分量， m为blimf信号分量的数量，为第m个blimf信号分量的瞬时频率，为单边际谱的指数信号， j为虚数单位。
12、可选地，对带约束条件的变分模型求解最优解，得到各blimf信号分量，包括：
13、在带约束条件的变分模型中引入拉格朗日乘子，将带约束条件的变分模型的带约束优化问题转化为无约束优化问题，得到无约束的拉格朗日函数；
14、采用交替方向乘子迭代算法结合parseval/plancherel和傅里叶等距变换，更新无约束的拉格朗日函数中的泛函，得到各初始blimf信号分量；
15、在满足迭代停止条件后，输出各初始blimf信号分量，对各初始blimf信号分量进行傅里叶逆变换，取逆变换后的实部作为各blimf信号分量。
16、可选地，迭代停止条件为：
17、；
18、其中，“”表示进行一次傅里叶变换， n为迭代次数，为第n次迭代中对进行一次傅里叶变换后得到的初始blimf信号分量，为第n+1次迭代中对进行一次傅里叶变换后得到的初始blimf信号分量，为求解精度。
19、可选地，将截取处理后的各blimf信号分量进行快速傅里叶变换，计算出幅度参数和相位参数，得到各blimf信号分量对应的间谐波信号，之后还包括：
20、对各blimf信号分量对应的间谐波信号计算算法评价指标，根据算法评价指标的计算结果验证基于改进vmd算法的间谐波检测方法的准确性，算法评价指标包括幅度参数、相位参数、估计误差和相似性系数指标、相对误差指标、平均误差指标、相关系数指标以及正交性和完备性指标。
21、本专利技术第二方面提供了一种基于改进vmd算法的间谐波检测系统，包括：
22、信号采样模块，用于基于预设采样频率，对电力系统中的谐波信号进行采样，谐波信号包含谐波和间谐波；
23、信号延拓模块，用于基于ar模型预测的数据延拓方法对谐波信号进行延拓处理，得到延拓后的谐波信号；
24、第一信号分解模块，用于对延拓后的谐波信号进行vmd分解，得到带约束条件的变分模型；
25、第二信号分解模块，用于对带约束条件的变分模型求解最优解，得到各blimf信号分量；
26、信号截取模块，用于对各blimf信号分量进行截取处理，使得截取后的各blimf信号分量的位置和长度均与延拓处理前的谐波信号一致；
27、间谐波计算模块，用于将截取处理后的各blimf信号分量进行快速傅里叶变换，计算出幅度参数和相位参数，得到各blimf信号分量对应的间谐波信号。
28、可选地，带约束条件的变分模型为：
29、；
30、其中， t为时间变量，为单位脉冲函数，为偏导函数，*为卷积操作，为延拓后的谐波信号，为第m个blimf信号分量， m为blimf信号分量的数量，为第m个blimf信号分量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进VMD算法的间谐波检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于改进VMD算法的间谐波检测方法，其特征在于，带约束条件的变分模型为：
3.根据权利要求2所述的基于改进VMD算法的间谐波检测方法，其特征在于，对带约束条件的变分模型求解最优解，得到各BLIMF信号分量，包括：
4.根据权利要求3所述的基于改进VMD算法的间谐波检测方法，其特征在于，迭代停止条件为：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于改进VMD算法的间谐波检测方法，其特征在于，将截取处理后的各BLIMF信号分量进行快速傅里叶变换，计算出幅度参数和相位参数，得到各BLIMF信号分量对应的间谐波信号，之后还包括：
6.一种基于改进VMD算法的间谐波检测系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于改进VMD算法的间谐波检测系统，其特征在于，带约束条件的变分模型为：
8.根据权利要求7所述的基于改进VMD算法的间谐波检测系统，其特征在于，对带约束条件的变分模型求解最优解，得到各BLIMF信号分量，包括
9.根据权利要求8所述的基于改进VMD算法的间谐波检测系统，其特征在于，迭代停止条件为：
10.根据权利要求6-9中任一项所述的基于改进VMD算法的间谐波检测系统，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进vmd算法的间谐波检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于改进vmd算法的间谐波检测方法，其特征在于，带约束条件的变分模型为：
3.根据权利要求2所述的基于改进vmd算法的间谐波检测方法，其特征在于，对带约束条件的变分模型求解最优解，得到各blimf信号分量，包括：
4.根据权利要求3所述的基于改进vmd算法的间谐波检测方法，其特征在于，迭代停止条件为：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于改进vmd算法的间谐波检测方法，其特征在于，将截取处理后的各blimf信号分量进行快速傅里叶变换，计算出幅度参数和相位参数，...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐建林，李艳，林晓明，刘子俊，张帆，赵宇明，王浩林，何山，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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