採用hht的電力系統諧波分析方法

2023-05-10 17:27:31 3

專利名稱：採用hht的電力系統諧波分析方法
技術領域：
本發明採用HHT的電力系統諧波分析方法，屬於電力系統電能質量分析技術領域。
背景技術：
Huang等人在1998年提出了 一種全新的時間序列信號分析方法-
HHT (Hilbert-Huang Transform)，該方法是對以傅立葉變換為基礎的線性和穩態譜分析的一個重大突破，是針對非線性非平穩信號的分析方法。HHT包含兩個過程:首先通過經驗模態分解(empirical mode decomposition,EMD)將信號分解成有限個本徵模態函數(intrinsic mode function, IMF)分量,然後對IMF進行Hilbert變換得到瞬時頻率和瞬時幅值；EMD是HHT的核心過程，因為只有對經過EMD之後的MF進行Hilbert變換，得到的瞬時頻率和瞬時幅值才具有物理意義。EMD在實際的應用中存在模態混疊的問題，當信號中的2個組成分量的頻率在2倍頻內時，EMD無法將其分解開；DEERING R和KAISER J F發表的《The use of amasking signal to improve empirical mode decomposition》中提出 了掩蔽信號 EMD法，但構造掩蔽信號的兩個參數選取難度較大，影響了該方法的進一步推廣；SENR0Y N和SURYANARAYANAN S發表的《Two techniques to enhance empirical mode decompositionfor power quality applications》中提出了頻率外差EMD方法,但由於EMD分解的誤差和邊界效應會在低頻段產生偽模態分量，經頻率外差後這些偽模態分量將翻轉為高頻分量，與真實高頻分量混在一起而難以分辨；因此，在已有方法的基礎上，合理採用HHT準確分析電力系統各次諧波是目前研究的熱點和難點。

發明內容
本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題是:提供一種能夠通過HHT獲得原始信號完整的各模態函數分量的方法。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是:採用HHT的電力系統諧波分析方法，包括以下步驟:
第一步:對電力信號採用HHT得到原始信號各模態函數分量，判斷是否發生模態混疊，如果發生模態混疊，則進入第二步；
第二步:將電力信號原始信號中發生模態混疊部分從原始信號中分離出來，得到分析信號，然後進入第三步；
第三步:對分析信號依次進行傅立葉變換和濾波，然後進入第四步；
第四步:對濾波後的信號採用HHT得到分析信號各模態函數分量，然後進入第五步；第五步:將第一步中未發生模態混疊的模態函數分量與第四步中得到的分析信號各模態函數分量整合，獲得原始信號完整的各模態函數分量。上述第一步中，通過HHT瞬時頻率判斷是否發生模態混疊。
上述第三步中，對分析信號進行傅立葉變換確定位於2倍頻內的諧波分量，通過高通濾波和低通濾波將位於二倍頻內的諧波分量分離開。本發明與現有技術相比具有的有益效果是:本發明提供一種採用HHT的電力系統諧波分析方法，通過HHT瞬時頻率判斷是否發生模態混疊，對模態混疊部分的信號傅立葉變換確定位於2倍頻內的諧波分量，之後通過高通低通濾波將混疊分量分離，解決了常規EMD的模態混疊問題；將濾波後獲得各模態函數分量與之前未發生混疊部分整合，從而獲得原始信號完整的各次諧波及相應的頻率和幅值；能夠有效的克服由於模態混疊而導致的HHT分析不準確問題，方法簡潔，準確性高。


下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明:
圖1是採用HHT檢測諧波的流程；
圖2是信號的常規EMD方法分解結果；
圖3是各IMF的瞬時頻率；
圖4是X(t)的傅立葉譜分析；
圖5是濾波後EMD分解結果；
圖6是濾波HHT後各IMF的瞬時頻率；
圖7是濾波HHT後各IMF的瞬時幅值；
具體實施例方式本發明採用HHT的電力系統諧波分析方法，包括以下步驟:
第一步:對電力信號採用HHT得到原始信號各模態函數分量，判斷是否發生模態混疊，如果發生模態混疊，則進入第二步；
第二步:將電力信號原始信號中發生模態混疊部分從原始信號中分離出來，得到分析信號，然後進入第三步；
第三步:對分析信號依次進行傅立葉變換和濾波，然後進入第四步；
第四步:對濾波後的信號採用HHT得到分析信號各模態函數分量，然後進入第五步；第五步:將第一步中未發生模態混疊的模態函數分量與第四步中得到的分析信號各模態函數分量整合，獲得原始信號完整的各模態函數分量。上述第一步中，通過HHT瞬時頻率判斷是否發生模態混疊。上述第三步中，對分析信號進行傅立葉變換確定位於2倍頻內的諧波分量，通過高通濾波和低通濾波將位於二倍頻內的諧波分量分離開。HHT方法的具體內容如下所示:
一、經驗模態分解
經驗模態分解將信號分解為不同尺度特徵的固有模態函數分量，這些固有模態分量滿足以下兩個條件:
1、極值點的個數和過零點的個數相等或者最多相差1:
2、在任意時刻，由極大值和極小值構成的上下包絡線的平均值為O。任意信號SU)，將其分解為各本徵模態函數分量的步驟如下:1、對所有局部最大值點做三次樣條插值，形成上包絡線:
2、對所有局部最小值點做三次樣條插值，形成下包絡線；
3、計算上下包絡線的平均值曲線耗，則信號5(0與JZ1之差即為第一個部分八:
權利要求
1.採用HHT的電力系統諧波分析方法，其特徵在於:包括以下步驟: 第一步:對電力信號採用HHT得到原始信號各模態函數分量，判斷是否發生模態混疊，如果發生模態混疊，則進入第二步； 第二步:將電力信號原始信號中發生模態混疊部分從原始信號中分離出來，得到分析信號，然後進入第三步； 第三步:對分析信號依次進行傅立葉變換和濾波，然後進入第四步； 第四步:對濾波後的信號採用HHT得到分析信號各模態函數分量，然後進入第五步；第五步:將第一步中未發生模態混疊的模態函數分量與第四步中得到的分析信號各模態函數分量整合，獲得原始信號完整的各模態函數分量。
2.根據權利要求1所述的採用HHT的電力系統諧波分析方法，其特徵在於:上述第一步中，通過HHT瞬時頻率判斷是否發生模態混疊。
3.根據權利要求2所述的採用HHT的電力系統諧波分析方法，其特徵在於:上述第三步中，對分析信號進行傅立葉變換確定位於2倍頻內的諧波分量，通過高通濾波和低通濾波將位於二倍頻內的諧波分量分離開。
全文摘要
本發明採用HHT的電力系統諧波分析方法，屬於電力系統電能質量分析技術領域；解決的技術問題是提供一種能夠通過HHT獲得原始信號完整的各模態函數分量的方法；採用的技術方案是包括以下步驟對電力信號採用HHT得到原始信號各模態函數分量，判斷是否發生模態混疊，將電力信號原始信號中發生模態混疊部分從原始信號中分離出來，對分析信號依次進行傅立葉變換和濾波，對濾波後的信號採用HHT得到分析信號各模態函數分量，將未發生模態混疊的模態函數分量與分析信號各模態函數分量整合，獲得原始信號完整的各模態函數分量；本發明適用於電力部門。
文檔編號G01R23/16GK103163372SQ20131009922
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者李育靈, 郭芳霞, 張濤, 張璨, 文福拴, 王俊紅, 王建軍, 劉煥磊, 陳建軍, 安成萬, 魏子琪, 弓曉亮 申請人:山西省電力公司長治供電分公司, 國家電網公司