CN115015636A - 交直流混合微电网的谐振检测方法及装置 - Google Patents

交直流混合微电网的谐振检测方法及装置 Download PDF

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CN115015636A CN202210594680.9A CN202210594680A CN115015636A CN 115015636 A CN115015636 A CN 115015636A CN 202210594680 A CN202210594680 A CN 202210594680A CN 115015636 A CN115015636 A CN 115015636A
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North China Electric Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种交直流混合微电网的谐振检测方法及装置,所述方法包括:获取微电网的并网信号,并利用小波变换,滤除所述并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。本发明在小波变换和希尔伯特黄变换的基础上,结合小波变换的多分辨率特点和希尔伯特黄变换完全自适应性优势,剔除高频干扰信号,提取包含突变量的低频信号,利用希尔伯特黄变换的完全自适应性分析包含突变量的低频信号,能够有效确定交直流混合微电网谐振信号,保证交直流混合微电网的稳定性与安全性。

Description

交直流混合微电网的谐振检测方法及装置
技术领域
本发明涉及交直流混合微电网技术领域,尤指一种交直流混合微电网的谐振检测方法及装置。
背景技术
分布式能源高密度接入交直流混合微电网,使电网成为蕴含多个固有谐振点的复杂高阶LC网络,并且电网中谐波情况也变得更加复杂,最终导致电网谐振,因此交直流混合微电网的谐振研究具有重要的理论价值和迫切的现实意义。
目前,已有的基于小波(Wavelet Transform,WT)和希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)的谐振检测方法只针对于传统的交流微电网的谐波信号检测,而对于交直流混合微电网的谐振信号检测没有相关研究,使得无法准确检测交直流混合微电网的谐振信号,无法保证交直流混合微电网的稳定性与安全性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明实施例的主要目的在于提供一种交直流混合微电网的谐振检测方法及装置,准确地检测交直流混合微电网的谐振信号。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种交直流混合微电网的谐振检测方法,方法包括:
获取微电网的并网信号,并利用小波变换,滤除并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;
根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。
可选的,在本发明一实施例中,利用小波变换,滤除并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号包括:
对并网信号进行采样,得到信号离散序列;
利用小波变换,对信号离散序列进行小波分解,检测信号的突变量,滤除高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号。
可选的,在本发明一实施例中,根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果包括:
对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到多个固有模态函数;
对各固有模态函数进行希尔伯特变换,得到谐振检测结果。
可选的,在本发明一实施例中,方法还包括:根据谐振检测结果,剔除交直流混合微电网的谐振信号。
本发明实施例还提供一种交直流混合微电网的谐振检测装置,装置包括:
小波变换模块,用于获取微电网的并网信号,并利用小波变换,检测信号突变量,滤除并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;
谐振检测模块,用于根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。
可选的,在本发明一实施例中,小波变换模块包括:
离散序列单元,用于对并网信号进行采样,得到信号离散序列;
小波变换单元,用于利用小波变换,对信号离散序列进行小波分解,滤除高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号。
可选的,在本发明一实施例中,谐振检测模块包括:
模态分解单元,用于对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到多个固有模态函数;
谐振检测单元,用于对各固有模态函数进行希尔伯特变换,得到谐振检测结果。
可选的,在本发明一实施例中,装置还包括:谐振信号模块,用于根据谐振检测结果,剔除交直流混合微电网的谐振信号。
本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行所述程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明在小波变换和希尔伯特黄变换的基础上,结合小波变换的多分辨率特点和希尔伯特黄变换完全自适应性优势,剔除高频干扰信号,提取包含突变量的低频信号,利用希尔伯特黄变换的完全自适应性分析包含突变量的低频信号,能够有效确定交直流混合微电网谐振信号,保证交直流混合微电网的稳定性与安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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的附图。
图1为本发明实施例一种交直流混合微电网的谐振检测方法的流程图;
图2为本发明实施例中得到低频信号的流程图;
图3为本发明实施例中得到谐振检测结果的流程图;
图4为本发明实施例中小波分解示意图;
图5为本发明实施例中交直流混合微电网谐振电压示意图;
图6A-图6F为本发明实施例中谐振电压的WT分析示意图;
图7A及图7B为本发明实施例中低频信号的HHT分析示意图;
图8为本发明实施例一种交直流混合微电网的谐振检测装置的结构示意图;
图9为本发明实施例中小波变换模块的结构示意图;
图10为本发明实施例中谐振检测模块的结构示意图;
图11为本发明另一实施例中交直流混合微电网的谐振检测装置的结构示意图;
图12为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种交直流混合微电网的谐振检测方法及装置。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示为本发明实施例一种交直流混合微电网的谐振检测方法的流程图,本发明实施例提供的交直流混合微电网的谐振检测方法的执行主体包括但不限于计算机。本发明结合WT的多分辨率特点和HHT完全自适应性优势,提出一种基于WT和HHT相结合的交直流混合微电网谐振检测方法,利用WT的多分辨率特点剔除高频干扰信号,提取包含突变量的低频信号,再利用HHT的完全自适应性分析包含突变量的低频信号,能够有效确定交直流混合微电网谐振信号的幅值和频率。图中所示方法包括:
步骤S1,获取微电网的并网信号,并利用小波变换,滤除并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;
步骤S2,根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。
其中,通过常规信号采集方式,获取交直流混合微电网的并网点处信号,即并网信号。对并网信号进行小波变换,具体的,如图4所示,对并网信号进行j+1层db4小波分析,将信号划分成低频信号和高频信号,提取剔除高频干扰后包含突变量的低频信号,即第j层低频信号。
进一步的,利用希尔伯特黄变换对提取的低频信号进行分析,得到交直流混合微电网谐振频率和幅值,即谐振检测结果。
作为本发明的一个实施例,如图2所示,利用小波变换,滤除并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号包括:
步骤S11,对并网信号进行采样,得到信号离散序列;
步骤S12,利用小波变换,对信号离散序列进行小波分解,检测信号突变量,滤除高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号。
其中,对并网信号采样得到的信号离散序列,对信号离散序列进行小波分解,得到低频信号和高频信号,由此提取得到包含突变量的低频信号。
作为本发明的一个实施例,如图3所示,根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果包括:
步骤S21,对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到多个固有模态函数;
步骤S22,对各固有模态函数进行希尔伯特变换,得到谐振检测结果。
其中,利用希尔伯特黄变换对包含突变量的低频信号进行分析,得到交直流混合微电网谐振信号的频率和幅值。
进一步的,对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到有限个固有模态函数,对每个固有模态函数进行希尔伯特变换,得到各次谐振的瞬时频率和瞬时幅值,并将其作为谐振检查结果。
作为本发明的一个实施例,方法还包括:根据谐振检测结果,剔除交直流混合微电网的谐振信号。
其中,根据谐振检测结果中的谐振信号的频率及幅值,对交直流混合微电网进行谐振信号滤除,保证交直流混合微电网的稳定性和安全性。
在本发明一具体实施例中,本发明谐振检测方法对交直流混合微电网运行适应性强,便于实际工程应用的交直流混合微电网的谐振检测,具体过程包括:
1)对原始的并网信号进行j+1层db4小波分析,将信号划分成低频信号和高频信号,提取剔除高频干扰后包含突变量的低频信号,即第j层低频信号。
设u(t)为待分析的原始并网信号,u(n)为对原始并网信号采样得到的离散序列,对u(n)进行小波分解,得到低频信号aj+1(n)和高频信号dj+1(n)的计算公式如下:
Figure BDA0003667334790000051
Figure BDA0003667334790000052
其中,h(k-2n)=<φj+1,nj,n>,g(k-2n)=<ψj+1,nj,n>,j代表分解层数,由采样频率和谐振频率决定,h和g分别为所选定的小波基以及尺度函数所生成的低通以及高通滤波器,当选定小波基之后,h和g也就确定下来,初始信号a0(n)就是采样序列u(n)。
尺度函数φ、小波基函数ψ和低通滤波器h、高通滤波器g之间存在如下的二尺度方程:
Figure BDA0003667334790000053
Figure BDA0003667334790000054
当选用平滑函数h(t)的一阶导数作为小波函数时,h(t)的伸缩函数
Figure BDA0003667334790000055
小波基函数
Figure BDA0003667334790000056
则待分析的原始信号u(t)的小波变换如下式:
Figure BDA0003667334790000057
其中,ha(t)为函数h(t)的伸缩函数,a为尺度,φ为尺度函数,ψ为小波基函数,h为低通滤波器,g为高通滤波器,*表示共轭,Wau(t)为u(t)在尺度a下的小波变换,可知,小波变换的突变量检测的依据如下:小波变换Wau(t)表示成信号u(t)在尺度a下被ha(t)平滑后的一阶导数,对于某一特定的尺度a,u(t)的突变量对应着Wau(t)的局部极值点。
根据小波分析理论与采样定理,分解层数需要满足:
Figure BDA0003667334790000061
其中,采样频率为f1,谐振频率为f2
2)利用HHT对步骤1)中提取的低频信号aj进行分析,最终得到交直流混合微电网谐振频率和幅值。具体过程如下:
a)对提取的低频信号为aj进行经验模态分解,得到有限个固有模态函数ci和一个趋势项r,其中,i为变量,固有模态函数必须满足如下两个条件:(1)极值点的数量与零点数相等或相差是一;(2)由极大值定义的上包络和由极小值定义的下包络的局部均值为零。
于是aj(t)表示为如(7)所示,n表示变量。
Figure BDA0003667334790000062
b)对每个固有模态函数ci进行希尔伯特变换(Hilbert Transform,HT),得到各次谐振的瞬时频率和瞬时幅值,包括:
对每个固有模态函数ci,作希尔伯特变换得到ci的希尔伯特变换
Figure BDA0003667334790000063
如下:
Figure BDA0003667334790000064
得到谐振的瞬时幅值a(t):
Figure BDA0003667334790000065
和谐振的相位θ(t):
Figure BDA0003667334790000071
以及谐振的瞬时频率f(t):
Figure BDA0003667334790000072
在本发明一具体实施例中,对交直流混合微电网谐振电压进行分析,交直流混合微电网谐振电压如图5所示,基于WT和HHT相结合的交直流混合微电网谐振电压分析结果如图6A-图6F、图7A-图7B所示。
在本实施例中,采样频率12800Hz,图6A-图6F中cd1~cd3和ca1~ca3的频率段分别为[3200Hz,6400Hz],[1600Hz,3200Hz],[800Hz,1600Hz]和[0Hz,3200Hz],[0Hz,1600Hz],[0Hz,800Hz]。由图6A-图6F可以知道高频信号cd3含有突变量,所以低频信号ca2既包含了谐振扰动量,又不含有高频干扰。对低频信号ca2进行HHT分析,分析结果如图7A-图7B所示。从本仿真实施例可以看出WT能检测出突变量,谐振频率就在cd3所对应的频率范围[800Hz,1600Hz],利用HHT对低频信号ca2检测而不是高频信号cd3进行检测是因为与高频信号相比低频信号具有较好的周期特性,ca2的频率范围包含cd3的频率范围,对ca2分析检测效果更好。
进一步的,由图7A-图7B得到谐振频率为825.32Hz,幅值为12.54V,基波频率为50Hz,幅值为110.01V。仿真证明了改进HHT算法能够准确地检测交直流混合微电网中谐振电压的频率和幅值。
本发明在小波变换和希尔伯特黄变换的基础上,结合小波变换的多分辨率特点和希尔伯特黄变换完全自适应性优势,剔除高频干扰信号,提取包含突变量的低频信号,利用希尔伯特黄变换的完全自适应性分析包含突变量的低频信号,能够有效确定交直流混合微电网谐振信号,保证交直流混合微电网的稳定性与安全性。
如图8所示为本发明实施例一种交直流混合微电网的谐振检测装置的结构示意图,图中所示装置包括:
小波变换模块10,用于获取微电网的并网信号,并利用小波变换,滤除并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;
谐振检测模块20,用于根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。
其中,通过常规信号采集方式,获取交直流混合微电网的并网点处信号,即并网信号。对并网信号进行小波变换,具体的,如图4所示,对并网信号进行j+1层db4小波分析,将信号划分成低频信号和高频信号,提取剔除高频干扰后包含突变量的低频信号,即第j层低频信号。
进一步的,利用希尔伯特黄变换对提取的低频信号进行分析,得到交直流混合微电网谐振频率和幅值,即谐振检测结果。
进一步的,对并网信号采样得到的信号离散序列,对信号离散序列进行小波分解,得到低频信号和高频信号,由此提取得到包含突变量的低频信号。
进一步的,利用希尔伯特黄变换对包含突变量的低频信号进行分析,得到交直流混合微电网谐振信号的频率和幅值。
进一步的,对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到有限个固有模态函数,对每个固有模态函数进行希尔伯特变换,得到各次谐振的瞬时频率和瞬时幅值,并将其作为谐振检查结果。
作为本发明的一个实施例,如图9所示,小波变换模块10包括:
离散序列单元11,用于对并网信号进行采样,得到信号离散序列;
小波变换单元12,用于利用小波变换,对信号离散序列进行小波分解,检测信号突变量,滤除高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号。
作为本发明的一个实施例,如图10所示,谐振检测模块20包括:
模态分解单元21,用于对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到多个固有模态函数;
谐振检测单元22,用于对各固有模态函数进行希尔伯特变换,得到谐振检测结果。
作为本发明的一个实施例,如图11所示,装置还包括:谐振信号模块30,用于根据谐振检测结果,剔除交直流混合微电网的谐振信号。
基于与上述一种交直流混合微电网的谐振检测方法相同的申请构思,本发明还提供了上述一种交直流混合微电网的谐振检测装置。由于该一种交直流混合微电网的谐振检测装置解决问题的原理与一种交直流混合微电网的谐振检测方法相似,因此该一种交直流混合微电网的谐振检测装置的实施可以参见一种交直流混合微电网的谐振检测方法的实施,重复之处不再赘述。
本发明在小波变换和希尔伯特黄变换的基础上,结合小波变换的多分辨率特点和希尔伯特黄变换完全自适应性优势,剔除高频干扰信号,提取包含突变量的低频信号,利用希尔伯特黄变换的完全自适应性分析包含突变量的低频信号,能够有效确定交直流混合微电网谐振信号,保证交直流混合微电网的稳定性与安全性。
本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
如图12所示,该电子设备600还可以包括:通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是,电子设备600也并不是必须要包括图12中所示的所有部件;此外,电子设备600还可以包括图12中没有示出的部件,可以参考现有技术。
如图12所示,中央处理器100有时也称为控制器或操作控件,可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置,该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
其中,存储器140,例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息,此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序,以实现信息存储或处理等。
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器,但并不限于此。
该存储器140可以是固态存储器,例如,只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器,其即使在断电时也保存信息,可被选择性地擦除且设有更多数据,该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142,该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
存储器140还可以包括数据存储部143,该数据存储部143用于存储数据,例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100,以提供输入信号和接收输出信号,这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术,在同一电子设备中,可以设置有多个通信模块110,如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132,以经由扬声器131提供音频输出,并接收来自麦克风132的音频输入,从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外,音频处理器130还耦合到中央处理器100,从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音,且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种交直流混合微电网的谐振检测方法,其特征在于,所述方法包括:
获取微电网的并网信号,并利用小波变换,滤除所述并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;
根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用小波变换,滤除所述并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号包括:
对所述并网信号进行采样,得到信号离散序列;
利用小波变换,对所述信号离散序列进行小波分解,检测信号突变量,滤除高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果包括:
对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到多个固有模态函数;
对各固有模态函数进行希尔伯特变换,得到谐振检测结果。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:根据所述谐振检测结果,剔除所述交直流混合微电网的谐振信号。
5.一种交直流混合微电网的谐振检测装置,其特征在于,所述装置包括:
小波变换模块,用于获取微电网的并网信号,并利用小波变换,检测信号突变量,滤除所述并网信号中的高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号;
谐振检测模块,用于根据希尔伯特黄变换,对包含突变量的低频信号进行处理,得到谐振检测结果。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述小波变换模块包括:
离散序列单元,用于对所述并网信号进行采样,得到信号离散序列;
小波变换单元,用于利用小波变换,对所述信号离散序列进行小波分解,滤除高频干扰信号,得到包含突变量的低频信号。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述谐振检测模块包括:
模态分解单元,用于对包含突变量的低频信号进行经验模态分解,得到多个固有模态函数;
谐振检测单元,用于对各固有模态函数进行希尔伯特变换,得到谐振检测结果。
8.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:谐振信号模块,用于根据所述谐振检测结果,剔除所述交直流混合微电网的谐振信号。
9.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一项所述方法的计算机程序。
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