CN109557369A - 间谐波检测方法及系统 - Google Patents

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CN109557369A CN201811512311.0A CN201811512311A CN109557369A CN 109557369 A CN109557369 A CN 109557369A CN 201811512311 A CN201811512311 A CN 201811512311A CN 109557369 A CN109557369 A CN 109557369A
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许建明
马振国
徐懿
刘晓康
许霖
苏佳华
贾霖
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Changzhou Power Supply Branch Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Changzhou Power Supply Branch Jiangsu Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters

Abstract

本发明公开了一种间谐波检测方法及系统，该间谐波检测方法包括：步骤S1：对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；步骤S2：对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；步骤S3：采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。本发明有利于提高间谐波参数检测的准确度。

Description

间谐波检测方法及系统
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，特别是一种间谐波检测方法及系统。
背景技术
随着分布式电源的接入和智能电网的发展，电力系统中的间谐波的含量有增大趋势，间谐波是一种不容忽视的电能质量扰动，能够准确地检测出间谐波分量，是对其进行有效分析、补偿和抑制的首要步骤，也是治理日益严重的电网谐波污染，提高电能质量，保证电力系统安全、稳定、经济运行的前提条件，然而由于间谐波的非线性、随机性以及非平稳性等特点，在实时检测过程中具有一定的困难。
目前对间谐波的检测主要是采用FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)算法，但是当信号中存在与谐波频率相近的间谐波时，这种方法得到的分析结果通常会出现主瓣干扰的问题，导致计算的准确度不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种间谐波检测方法及系统，有利于提高间谐波参数检测的准确度。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种间谐波检测方法，包括：
步骤S1：对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；
步骤S2：对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；
步骤S3：采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。
进一步地，所述方法还包括：
步骤S4：对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
进一步地，所述步骤S4包括：
采用快速傅立叶变换算法对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
进一步地，步骤S1包括：
采用窗函数对所述采样序列进行处理，以抑制频谱泄露；
对经过所述窗函数处理得到的信号进行离散傅里叶变换，得到频域信号；
对所述频域信号进行移频处理。
进一步地，所述步骤S2包括：
对所述准同步采样序列采用滤波器进行处理，实现谐波成分与间谐波成分分离。
进一步地，所述滤波器为FIR滤波器。
进一步地，所述FIR滤波器为梳状FIR滤波器。
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种间谐波检测系统，包括：
准同步化处理模块，用于对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；
分离模块，用于对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；
间谐波处理模块，用于采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。
进一步地，所述系统还包括：
谐波处理模块，用于对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
进一步地，所述谐波处理模块被配置为采用快速傅立叶变换算法对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
进一步地，所述准同步化处理模块包括：
第一处理单元，用于采用窗函数对所述采样序列进行处理，以抑制频谱泄露；
第二处理单元，用于对经过所述窗函数处理得到的信号进行离散傅里叶变换，得到频域信号；
第三处理单元，用于对所述频域信号进行移频处理。
进一步地，所述分离模块被配置为对所述准同步采样序列采用滤波器进行处理，实现谐波成分与间谐波成分分离。
进一步地，所述滤波器为FIR滤波器。
进一步地，所述FIR滤波器为梳状FIR滤波器。
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种间谐波检测系统，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，其中，所述处理器用于执行存储器中的指令，实现上述间谐波检测方法。
本发明提供的间谐波检测方法，可以解决信号中存在与谐波频率相近的间谐波时其分析结果会出现的主瓣干扰的问题，能够快速测量电力系统中的间谐波分量，计算精度高且不受频率分辨率限制，有利于提高间谐波参数检测的准确度，能够实现对谐波与间谐波的精确分离检测。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种间谐波检测方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种间谐波检测方法的流程图，该方法包括：
步骤S1：对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；
例如，在满足奈奎斯特采样定理的情况下，可以以固定采样频率对电力系统信号进行等间隔采样，得到电力系统的采样序列，对于采样序列的准同步化处理，可以采用基于单一频点DFT计算的加窗移频算法对采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列，例如，该步骤可以包括：采用窗函数对所述采样序列进行处理，以抑制频谱泄露；对经过所述窗函数处理得到的信号进行离散傅里叶变换(DFT)，得到频域信号；对所述频域信号进行移频处理。
步骤S2：对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；
例如，在该步骤中，可以对所述准同步采样序列采用FIR滤波器进行处理，实现谐波成分与间谐波成分分离，其中，该FIR滤波器为梳状FIR滤波器(非递归型滤波器)，例如，可以利用FIR陷波滤波器分离谐波与间谐波分量，滤波器设置多个陷波频率形成梳状；
步骤S3：采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。
优选地，在本发明实施例中，所述方法还包括：
步骤S4：对所述分离得到的谐波成分进行参数计算，例如，在该步骤中，可以采用快速傅立叶变换(FFT)算法对所述分离得到的谐波成分进行参数计算，对于步骤S2中得到的谐波成分，由于在步骤S1中已经进行了同步化处理，所以截取1个周期的准同步序列，通过FFT算法就能计算出基波和各次谐波的参数。
本发明实施例提供的间谐波检测方法，可以解决信号中存在与谐波频率相近的间谐波时其分析结果会出现的主瓣干扰的问题，能够快速测量电力系统中的间谐波分量，计算精度高且不受频率分辨率限制，有利于提高间谐波参数检测的准确度，能够实现对谐波与间谐波的精确分离检测。
例如，假设电力系统中的信号波形可以用M个任意频率、幅值、相位和衰减因子的指数函数的线性组合表示，如式4-1所示：
Ri＝-ai+jbi，si＝-αi+jωi (4-1)；
其中，y(t)是采样信号的时域响应，x(t)表示实际信号，n(t)表示噪声信号；Ri和si是复数值参数，式4-1给出了信号波形y(t)的指数函数展开式，αi和ωi分别表示衰减因子和角频率，M表示信号的阶数；
对式4-1所示的信号进行时域采样，采样时间间隔为Ts，则式4-1可以改写为如下的形式：
这样，计算原信号y(t)各个频率分量(ωi)及其幅值和相位(由Ri确定)的问题可以使用矩阵束算法来求解；
首先对不含噪声的信号进行分析，由采样序列构造如下两个矩阵：
其中，yk＝y(kTs)，k＝0,1,…,N-1，L表示矩阵束参数，这样[Y1]和[Y2]可以表示为：
[Y2]＝[Z1][R][Z0][Z2]，[Y1]＝[Z1][R][Z2] (4-5)；
其中：
[Z0]＝diag(z1,z2,…,zM) (4-8)；
[R]＝diag(R1,R2,…,RM) (4-9)；
其中，zi由式4-2给出，由上述矩阵[Y1]、[Y2]构成矩阵束[Y2]-λ[Y1]，这样求解zi的问题就转化为求解[Y2]-λ[Y1]的广义特征值问题，通常，矩阵束[Y2]-λ[Y1]的秩为M(M＜L≤N-M)。然而，当λ＝zi(i＝1，2，...，M)时，矩阵[Z0]-λ[I]的第i行为0，这样矩阵的秩为M-1。根据矩阵的相关知识，求解zi的问题可以转化为求矩阵[Y1]+[Y2]的特征值问题，其中[Y1]+表示矩阵[Y1]的伪逆矩阵，其计算方式如下：
Y1 +＝[Y1 HY1]-1Y1 H (4-10)；
其中，H表示矩阵的共轭转置；
在得出[Y1]+[Y2]的特征值后，原信号的特征频率由下式给出：
在计算出M和zi的值后，复数Ri可以通过最小二乘法计算得出：
则每个频率成分的幅值、相位、角频率以及衰减因子可由式4-13计算得出：
在实际的电力系统信号中，与间谐波成分相比，谐波成分数量多、幅值大，采用本发明实施例中的检测方法，将信号成分进行分离后，分别使用FFT算法和矩阵束算法计算谐波和间谐波参数，可以将FFT算法计算简单、易于实现的优点同矩阵束算法计算精度高以及不受频率分辨率限制的优点结合起来，同时由于进行了谐波与间谐波的分离，在使用矩阵束算法时，降低了信号阶数，减小了计算量。另外，由于在上述步骤S1中没有对间谐波分量进行处理，对于频率相近的间谐波分量，使用矩阵束算法可以对其进行准确计算。
本发明实施例还提供了一种间谐波检测系统，包括：
准同步化处理模块，用于对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；
分离模块，用于对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；
间谐波处理模块，用于采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。
在一实施例中，所述系统还包括：
谐波处理模块，用于对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
在一实施例中，所述谐波处理模块被配置为采用快速傅立叶变换算法对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
在一实施例中，所述准同步化处理模块包括：
第一处理单元，用于采用窗函数对所述采样序列进行处理，以抑制频谱泄露；
第二处理单元，用于对经过所述窗函数处理得到的信号进行离散傅里叶变换，得到频域信号；
第三处理单元，用于对所述频域信号进行移频处理。
在一实施例中，所述分离模块被配置为对所述准同步采样序列采用滤波器进行处理，实现谐波成分与间谐波成分分离。
在一实施例中，所述滤波器为FIR滤波器。
在一实施例中，所述FIR滤波器为梳状FIR滤波器。
本发明实施例还提供了一种间谐波检测系统，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，其中，所述处理器用于执行存储器中的指令，实现上述的间谐波检测方法。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (15)

1.一种间谐波检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；
步骤S2：对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；
步骤S3：采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S4：对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
采用快速傅立叶变换算法对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：
采用窗函数对所述采样序列进行处理，以抑制频谱泄露；
对经过所述窗函数处理得到的信号进行离散傅里叶变换，得到频域信号；
对所述频域信号进行移频处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
对所述准同步采样序列采用滤波器进行处理，实现谐波成分与间谐波成分分离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述滤波器为FIR滤波器。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述FIR滤波器为梳状FIR滤波器。
8.一种间谐波检测系统，其特征在于，包括：
准同步化处理模块，用于对电力系统的采样序列进行准同步化处理，得到准同步采样序列；
分离模块，用于对所述准同步采样序列进行处理，以使其中的谐波成分与间谐波成分分离；
间谐波处理模块，用于采用矩阵束算法对所述分离得到的间谐波成分进行参数计算。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
谐波处理模块，用于对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述谐波处理模块被配置为采用快速傅立叶变换算法对所述分离得到的谐波成分进行参数计算。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述准同步化处理模块包括：
第一处理单元，用于采用窗函数对所述采样序列进行处理，以抑制频谱泄露；
第二处理单元，用于对经过所述窗函数处理得到的信号进行离散傅里叶变换，得到频域信号；
第三处理单元，用于对所述频域信号进行移频处理。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述分离模块被配置为对所述准同步采样序列采用滤波器进行处理，实现谐波成分与间谐波成分分离。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述滤波器为FIR滤波器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述FIR滤波器为梳状FIR滤波器。
15.一种间谐波检测系统，其特征在于，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，其中，所述处理器用于执行存储器中的指令，实现权利要求1-7任一项所述的方法。
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