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一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法

時間:2023-10-25    作者: 管理員

專利名稱:一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法
技術領域
本發明涉及一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀。
背景技術
電能作為人類社會生產活動的一種商品,需要講求質量,高質量的電能對保證電網和電氣設備的安全、經濟運行,提高產品的質量、產量和人們正常生活都有著重要的意義。所以,對電能質量的檢測分析就顯得非常重要?,F代電能質量分析裝置所分析的對象多為一些穩態指標的傳統電能質量,電能質量暫態擾動的實用化分析裝置發展緩慢。隨著信號處理技術的發展,為分析暫態電能質量問題提供了有效的途徑。傅立葉變換是最常用的電力系統信號分析方法,王利猛等在文獻[王利猛,李國慶,王振浩,石磊.基于80C196和VC的電網諧波檢測與分析系統實現.電測與儀表,2009, 46(521) :57-59.]研制了一套基于傅立葉算法的諧波分析系統,該系統只適于穩態諧波分析,不適宜非平穩的時變諧波信號分析,而且功能單一。小波變換分析方法是目前電力系統暫態信號分析領域最為廣泛的方法之一,該方法對非平穩信號的時變性給予了恰當的描述,改進了傅立葉變換方法的不足,鄭賀偉和胡鵬程在文獻[鄭賀偉,胡鵬程.基于虛擬儀器的暫態電能質量實時監測系統.電測與儀表,2010,47(30) :52-55.]以小波變換為核心算法,開發出一套暫態電能質量分析系統,但小波分析最終理論依據依然是傅立葉變換,因而不可避免地暴露出某些局限性,影響了系統的實用性。所以,可以從尋求性能更為優異的信號分析方法作為主算法來開發出電能質量分析儀,以提高分析儀的實際應用價值。Hilbert-Huang變換是一種新的信號處理方法,該理論突破了傅立葉變換的局限, 是一種自適應的具有良好時頻聚集性的方法。目前,該方法在實際電力系統分析中得到了較好的應用。Hilbert-Huang變換應用于電能質量分析,基本是以Matlab編寫腳本語言實現,不適于實際分析,因此,有必要開發相關裝置。

發明內容
本發明的目的提出一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀。該分析儀以 Hilbert-Huang變換為核心算法,既能準確捕捉非平穩電能質量的瞬時特性,獲取其突變參數,以分析電能質量的暫態擾動;又能實現對穩態的諧波信號檢測分析。該分析儀包含兩種檢測分析模式仿真分析模式與實測分析模式。通過與PSCAD/EMTDC仿真數據接口,實現對電力系統的理論研究;通過實測數據接口,實現對電網電能質量檢測,以分析電力系統實際運行狀況。本發明所分析的電能質量問題有電壓暫升,電壓暫降,電壓中斷,暫態振蕩,暫態脈沖,諧波等。本發明的目的是通過如下的手段實現的。一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀,包括電能質量實測數據采集部分和電能質量分析部分電能質量實測數據采集部分實現電能質量數據的獲取,主要功能為信號調理和數據采集;電能質量分析部分具有數據接口模塊、算法模塊、顯示存儲模塊, 實現對電能質量的分析,其具體工作步驟包含
A、電能質量實測數據采集信號調理電路對電壓互感器或電流互感器二次側電壓或電流進行濾波,再通過霍爾傳感器將其轉化為適于A/D轉換的電壓信號;以單片機為核心的數據采集系統將經過信號調理后的電壓進行A/D轉換,通過串口通信的方式將得到的數據傳輸給后臺電能質量分析部分,后者一般即為含有分析軟件的計算機。B、Hilbert-Huang 變換分析軟件部分經過數據接口獲取實測電能質量數據或PSCAD/EMTDC仿真數據后,即可進入以Hilbert-Huang變換為核心的算法模塊實現電能質量的分析,并由顯示輸出模塊輸出檢測結果。具體做法是對數據x(t)進行經驗模態分解,原信號x(t)分為一系列具有瞬時頻率意義的固有模態函數的組合。對于暫態擾動信號,通過對高頻分量的固有模態函數進行 Hilbert-Huang變換,求取瞬時幅值和瞬時頻率,則能檢測出擾動發生終止時刻,擾動起至時的高頻突變量,擾動幅值與頻率變化過程等詳細信息;對穩態諧波信號,則對每一個固有模態函數求幅值和頻率,所求結果對應原信號的每一個諧波成分。Hilbert-Huang分析具體做法是對電能質量信號x(t),經過經驗模態分解,可分解成η個具瞬時頻率意義的固有模態函數4(1 = 1,2,……,η)與一個余量r的和,表示為
權利要求
1. 一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法,包括電能質量實測數據采集部分和電能質量分析部分電能質量實測數據采集部分實現電能質量數據的獲取,主要功能為信號調理和數據采集;電能質量分析部分具有數據接口模塊、算法模塊、顯示存儲模塊, 實現對電能質量的分析,其具體工作步驟包含A、電能質量實測數據采集信號調理電路對電壓互感器或電流互感器二次側電壓或電流進行濾波,再通過霍爾傳感器將其轉化為適于A/D轉換的電壓信號;以單片機為核心的數據采集系統將經過信號調理后的電壓進行A/D轉換,通過RS-232串口通信的方式將得到的數據傳輸給后臺電能質量分析部分;B、Hilbert-Huang變換分析電能質量分析部分部分經過數據接口獲取實測電能質量數據或PSCAD/EMTDC仿真數據后,即進入以Hilbert-Huang變換為核心的算法模塊實現電能質量的分析,并由顯示輸出模塊輸出檢測結果;其方法是對數據x(t)進行經驗模態分解;對于暫態擾動信號,通過對高頻分量的固有模態函數進行Hilbert-Huang變換,求取瞬時幅值和瞬時頻率,檢測出擾動發生終止時刻,擾動起至時的高頻突變量,擾動幅值與頻率變化過程詳細信息;對穩態諧波信號,則對每一個固有模態函數求幅值和頻率,所求結果對應原信號的每一個諧波成分;HiIbert-Huang分析電能質量具體做法是對電能質量信號χ (t),經過經驗模態分解,分解成η個具瞬時頻率意義的固有模態函 mCi(i = 1,2,……,η)與一個余量r的和,表示為ηi=l求取固有模態函數Ci的瞬時幅值與瞬時頻率,首先求Ci (t)的Hilbert變換c》) 邙)=丄「^^t-τ構造Ci(t)的解析函數Zi (t)Zl{t) = Cl{t) + jCl{t)分別得到幅值函數%(t)與相位函數約⑴ _ ,、cm參arctanW相應可以求出瞬時頻率fi(t)1 2π 1 2π dtC、模態混疊處理在對暫態振蕩信號和諧波信號分析時,經驗模態分解有時不能實現正確篩分,所得分解結果失去意義,需對分析方法進行改進;對暫態振蕩信號分析發生模態混疊,采用疊加高頻強信號的方法改善模態混疊問題; 即直接用經驗模態分解獲得第一個固有模態函數,求其瞬時頻率與瞬時幅值,所得頻率可反應振蕩頻率,并據所求的頻率值與幅值構造高頻強信號為△ χ (t),疊加到原信號,對疊加后的新信號進行經驗模態分解,用得到的新的高頻固有模態函數減去所加高頻強信號,再通過求商的瞬時幅值得到振蕩的幅值變化;針對諧波信號分析發生模態混疊采用基于傅立葉變換的經驗模態方法,具體做法為 先對信號進行傅立葉變換分析,將各頻率成分對應的幅值按最大值歸一化,以歸一化后幅值大于指定值的頻率點作為濾波器設計參數,生成濾波器對各頻率點濾波,使各固有模態函數分離開,再分別進行Hilbert-Huang分析。
2.根據權利要求1所述的基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法,其特征在于 采用Hilbert-Huang變換作為電能質量分析的核心算法,通過對信號分解,求取固有模態函數的瞬時幅值與瞬時頻率,實現電能質量的分析。
3.根據權利要求1所述的基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法,其特征在于 暫態振蕩信號分析時模態混疊處理過程中疊加高頻強信號的自動生成 afflax與fmax分別為原信號χ (t)經驗模態分解得到的第一個固有模態函數的瞬時幅值最大值與瞬時頻率最大值。
4.根據權利要求1所述的基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法,其特征在于 基于傅立葉變換的經驗模態方法中濾波器的自適應生成對原信號χ (t)進行傅立葉變換
全文摘要
本發明公開了一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀,包括電能質量實測數據采集部分和電能質量分析部分。電能質量實測數據采集部分實現電能質量數據的獲取,主要功能為信號調理和數據采集;電能質量分析部分以Hilbert-Huang變換為核心算法,可實現電能質量暫態擾動特性檢測與諧波分析。本發明中,建立了改善暫態振蕩分析的模態混疊時疊加高頻強信號自動構造方法與改善諧波分析的模態混疊時濾波器的自適應設計方案。使分析儀既能在仿真分析模式下與PSCAD/EMTDC仿真數據接口,實現對電力系統的理論研究;又可在實測分析模式中與實測數據接口,實現對電網電能質量檢測,分析電力系統實際運行狀況。
文檔編號G01R23/165GK102323480SQ20111013071
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者劉志剛, 李文帆 申請人:西南交通大學

  • 專利名稱:可連續輸送待測量物件的二次元光學測量裝置的制作方法技術領域:本發明關于一種可連續輸送待測量物件的二次元光學測量裝置,尤關于一種可連 續不間斷輸送待測量物件并測量的二次元光學測量裝置。背景技術:印刷電路板是電子、電腦及通信等產品的主
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