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專利名稱：采用譜估計和混沌理論的電力系統諧波和間諧波測量方法
技術領域：
本發 明專利涉及一種采用譜估計和混沌理論的電力系統諧波和間諧波測量方法。
背景技術：
電力系統理想的電壓、電流波形是正弦波，但由于電力系統中存在各種非線性元件，使電壓和電流波形發生畸變而產生諧波和間諧波(即具有非整數倍基波頻率的信號分量)。諧波(間諧波)的存在，不僅會造成電網的功率損耗增加、設備壽命縮短、保護功能失常，還會引起變電站局部并聯或串聯諧振等。近年來，隨著電力電子技術的飛速發展，越來越多的諧波源負載和裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波已被認為是電網的一大公害。因此，采取有效措施抑制系統中的諧波和間諧波，對提高電力系統的安全與經濟運行具有重要意義。實時、準確地測量系統中的諧波和間諧波是進行諧波抑制的前提和基礎。目前，諧波測量的主要方法有快速傅立葉變換、小波變換、瞬時無功功率理論等?？焖俑盗⑷~變換是當前應用最廣泛的一種諧波測量方法，但該方法存在頻譜混疊、柵欄效應及頻譜泄露等問題，使得測量結果在一定程度上無法滿足電力系統的要求；雖然通過加窗插值修正算法可以較好地提高測量精確度，減少柵欄效應帶來的誤差，但往往算法比較復雜，編程實現比較繁瑣，且實時性差。近年來提出的小波變換方法對信號具有自適應性及良好的時頻局部化特征，在諧波測量上進行了有益的嘗試，但小波變換是線性變換，也存在頻帶混疊、頻譜泄露，對脈沖干擾的抑制作用不夠理想及暫態電能質量信號特征隨尺度增加逐漸被削弱等問題?；谒矔r無功功率理論的諧波檢測方法雖具有較好的實時性且可全部采用模擬電路實現，但該方法僅適用于三相電壓波形對稱且無畸變、電流不含零序分量的場合。

發明內容
本發明針對以上方法的不足，提供一種采用譜估計和混沌理論的電力系統諧波和間諧波測量方法，該方法能夠以較高的頻率分辨率和幅值測量精度高效地測出電力系統諧波和間諧波的頻率和幅值，且對背景噪聲的抗干擾能力強。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種采用譜估計和混沌理論的電力系統諧波和間諧波測量方法，包括以下步驟1)建立含M個諧波和間諧波的電力系統波形
權利要求
1.一種采用譜估計和混沌理論的電力系統諧波和間諧波測量方法，其特征在于，包括以下步驟1)建立含M個諧波和間諧波的電力系統波形My(t) = Σ 4 sin(2 斌 t + (Pi) + Nit)(1)i=\式中，分別為第i個諧波或間諧波的幅值、頻率和初始相位，N(t)為隨機噪聲；2)對電力系統波形進行采樣，得到采樣序列y(s) = y(s · Τ) s = 0,1,2,… (2)式中，T為采樣周期，s為非負整數；3)利用譜估計對采樣序列進行功率譜分析Ργ(ω) = σ2ρ/[1 + Υαρ^]2(3)k=l式中，σ=為噪聲序列的方差，ω為角頻率，ap,k(k= 1,2,…，ρ)為自回歸譜估計模型的參數；利用上式初步得到基波、諧波及間諧波的數量及頻率；4)利用測得的基波、諧波及間諧波的頻率，構造如下混沌檢測振子，對其幅值進行測量x(t) = -ω^χ + ω^ (χ-χ3 + χ cos(郵))(4)式中，COi為測得的基波、諧波及間諧波角頻率，C為阻尼比，Y為策動力的幅值；為提高幅值測量精度，利用最大李亞普諾夫指數λ及混沌狀態和大尺度周期狀態相變的臨界條件作為混沌振子相變檢測的依據，將不能引起所構造的混沌檢測振子由大尺度周期狀態向混沌狀態相變的信號，作為“虛假”信號剔除，即得到精確的電力系統諧波和間諧波的頻率和幅值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟4)中，混沌檢測振子檢測諧波的具體方法為首先調節策動力幅值Y，使振子處于從混沌狀態向大尺度周期狀態過渡的臨界狀態，得到此時的策動力Y1 ；然后，將包含各次諧波和間諧波在內的電力系統信號，作為策動力的一部分而并入系統，混沌振子立即進入大尺度周期穩定狀態；同時，通過減小系統自身的策動力Y，使混沌振子再次處于大尺度周期到混沌的臨界狀態，根據變化后的策動力幅值Y2，即得到角頻率為QiW間諧波幅值為Y2-Yl。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟4)中使用最大李亞普諾夫指數 λ判定混沌系統運動狀態的依據是λ > O時，系統處于混沌狀態；λ < O時，系統處于大尺度周期狀態；λ =0或λ O時，系統處于混沌與大尺度周期的臨界狀態，此時的策動力幅值即為系統發生相變的臨界閾值。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟4)中最大李亞普諾夫指數λ計算包括兩步相空間重構與李亞普諾夫指數計算①相空間重構將時間維上的觀測數據擴展到抽象的三維甚至更高維的相空間中去，這就是時間序列的相空間重構；設數據IxkIk = 1,2,3,…，N}為等時間間隔采樣得到的時間序列，將其嵌入到m維歐式空間Rm中，得到一個點或向量的集Y，其元素記作Yi = (Xi, xi+t, ...xi+(m_1)t), i = 1,2, ...,M (15)式中，Μ = N-(m-l)t ；m為嵌入維數；t為時延序列，若時間序列的采樣間隔為τ s，相空間重構中的延遲時間τ d表示為τ d = t τ s ；對于式(15)的重構相空間，其關聯積分函數定義為
全文摘要
本發明提出了一種采用譜估計和混沌理論的電力系統諧波和間諧波測量方法。本發明的主要實現步驟是首先應用譜估計初步測量電力系統波形中所含諧波和間諧波的數量及頻率；然后基于測得的諧波和間諧波的頻率構造出混沌檢測振子，對其幅值進行測量，為提高檢測精度，應用最大李雅普諾夫指數作為混沌檢測振子處于混沌狀態和大尺度周期狀態相變的臨界條件的判斷依據。本發明能夠以較高的頻率分辨率和幅值測量精度高效地測出電力系統諧波和間諧波的頻率和幅值，且對背景噪聲的抗干擾能力強。
文檔編號G01R23/16GK102323476SQ20111015251
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者云玉新, 呂天光, 姚金霞, 李秀衛, 王澤眾, 趙富強, 趙笑笑 申請人:山東電力研究院