基于HHT的暂态电能质量检测方法与流程

本发明涉及暂态电能质量多扰动信号检测领域，具体涉及一种基于hht的暂态电能质量检测方法。

背景技术：

国内外有大量的电力工作者和研究人员在暂态电能质量扰动检测方面作了大量研究，传统的fourier变换法、小波变换算法、多分辨率分析、瞬时无功理论以及s变换等许多方法均已用于电能质量扰动的检测。

然而，计算机、微电子、通信许多敏感用户对电能质量提出了更高的要求。对暂态电能质量扰动进行有效、快速、准确检测和定位，将有助于电力系统的工作人员明确供、用电双方的责任，是动态电压补偿、电网故障分析和电能质量辩识的前提，有助于电能质量综合评估，对改善和提高电能质量有重要意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于hht的暂态电能质量检测方法，本基于hht的暂态电能质量检测方法采用emd技术对采集电信号进行有效分解，采用hilbert变换对暂态电能质量扰动进行有效、快速、准确检测和定位。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

基于hht的暂态电能质量检测方法，包括以下步骤：

步骤1、对采样电能信号进行emd分解，分解出若干个本征模态函数imf及一个无法再继续分解的残余分量；

步骤2、对任意时间的本征模态函数ci(t)进行hibert变换：

相位表示为：

瞬时频率表示为：

步骤3、构造解析信号并表示为：

其中幅值函数进一步表示为：

整段信号的幅值表示为：

步骤4、通过对步骤2的瞬时频率进行分析，得到采样电能信号中扰动信号出现的时间；通过对步骤3的幅值进行分析，得到采样电能信号中扰动信号出现的幅值。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(1)具体为：

(1)找出采样电能信号x(t)所有的极大值点并将其用三次样条函数插值成为原数据序列的上包络线v1(t)；找出信号x(t)所有的极小值点并将其用三次样条函数插值成为原数据序列的下包络线v2(t)，求出其上包络线和下包络线的平均值m1(t)：

(2)将原数据序列x(t)减去平均包络m1(t)后即可得到一个去掉低频的新数据序列：

h1(t)＝x(t)-m1(t)；

判断h1(t)是否为imf，若不满足imf条件，将h1(t)看作新的x(t)，重复步骤(1)和步骤(2)，直到h1(t)满足imf条件时，则将h1(t)作为第1个本征模态函数c1(t)，即记c1(t)为imf(1)：

c1(t)＝h1(t)；

(3)然后令：

r1(t)＝x(t)-c1(t)；

将r1(t)看做新的x(t)，并重复步骤(1)至步骤(3)的筛选过程，在筛选的过程中依次得到n个本征模态函数imf：c1(t)、c2(t)、c3(t)……cn(t)，直到残余分量rn(t)不可被分解时，停止筛选；

原始信号x(t)即可由n个本征模态函数imf以及一个均值或趋势项rn(t)表示为：

本发明的有益效果为：本发明提供了一种原理明确、计算速度快、计算精度良好的暂态电能质量扰动检测方法，包括对电能信号进行采样，通过对采集的电能信号进行emd分解及hilbert变换求取瞬时频率和幅值，实现了电力系统中谐波和其他暂态信号的提取和区分。本发明采用emd技术对采集电信号进行有效分解，采用hilbert变换对暂态电能质量扰动进行有效、本发明快速、准确检测和定位。本发明依据数据自身的时间尺度特征来进行信号分解，无须预先设定基函数，这与建立在先验性的谐波基函数和小波基函数上的傅里叶分解与小波分解方法具有本质性的区别。暂态仿真研究结果表明，本发明提出的暂态参量检测方法能够准确的对扰动信号进行判定。

附图说明

图1是本发明的基于暂态电能质量扰动检测方法实施例的流程图。

图2是模拟的扰动信号所包含的3种谐波信号。

图3是图2中3种谐波信号所组成的多谐波合成信号。

图4为本发明的基于暂态电能质量扰动检测方法实施例的多谐波合成信号进行emd分解的结果。

图5为本发明的基于暂态电能质量扰动检测方法实施例的多谐波合成信号进行hilbert时频分析的计算结果。

图6为本发明的基于暂态电能质量扰动检测方法实施例的多谐波合成信号的时间-幅值特性的计算结果。

具体实施方式

下面根据图1至图6对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

如图1所示，基于hht的暂态电能质量检测方法，包括以下步骤：

步骤1、对采样电信号进行emd分解，分解出若干个本征模态函数imf及一个无法再继续分解的残余分量；具体为：

(1)找出采样电信号x(t)所有的极大值点并将其用三次样条函数插值成为原数据序列的上包络线v1(t)；找出信号x(t)所有的极小值点并将其用三次样条函数插值成为原数据序列的下包络线v2(t)，求出其上包络线和下包络线的平均值m1(t)：

(2)将原数据序列x(t)减去平均包络m1(t)后即可得到一个去掉低频的新数据序列：

h1(t)＝x(t)-m1(t)；

判断h1(t)是否为imf，若不满足imf条件，将h1(t)看作新的x(t)，重复步骤(1)和步骤(2)，直到h1(t)满足imf条件时，则将h1(t)作为第1个本征模态函数c1(t)，即记c1(t)为imf(1)：

c1(t)＝h1(t)；

(3)然后令：

r1(t)＝x(t)-c1(t)；

将r1(t)看做新的x(t)，并重复步骤(1)至步骤(3)的筛选过程，在筛选的过程中依次得到n个本征模态函数imf：c1(t)、c2(t)、c3(t)……cn(t)，直到残余分量rn(t)不可被分解时，停止筛选；

原始信号x(t)即可由n个本征模态函数imf以及一个均值或趋势项rn(t)表示为：

步骤2、对任意时间的本征模态函数ci(t)进行hibert变换：

相位表示为：

瞬时频率表示为：

步骤3、构造解析信号并表示为：

其中幅值函数进一步表示为：

整段信号的幅值表示为：

这里省略了残余信号(趋势项)rn(t)，re表示取实部。

步骤4、通过对步骤2的瞬时频率进行分析，得到采样电信号中扰动信号出现的时间；通过对步骤3的幅值进行分析，得到采样电信号中扰动信号出现的幅值。

图2是本实施例信号所包含的3种谐波信号y1、y2、y3，其中谐波信号(扰动信号)y2出现在0.4s-0.7s时间段内，谐波信号(扰动信号)y3出现在0.2s-0.4s内：

y1＝220×2^0.5cos(100πt)；

y2＝50×2^0.5cos(600πt2)；

y3＝100×2^0.5cos(400πt3)；

图3为3种谐波信号所组成的多谐波合成信号：

y＝220×2^0.5cos(100πt)+50×2^0.5cos(600πt2)+100×2^0.5cos(400πt3)

图4为多谐波合成信号进行emd分解后的结果。

图5为多谐波合成信号的时频特性曲线，从图中可以明显看到该实施例信号分为3个频率，50hz、300hz、200hz,其中，频率为300hz的谐波信号出现的时间为0.4s-0.7s,频率为200hz的谐波信号出现的时间为0.2s-0.4s，结果吻合良好。

图6为多谐波合成信号的时间-幅值曲线，从图中可知信号出现的时间段，可以大致判断出扰动信号的电压幅值，如y2扰动信号的电压幅值在57.1v，y3扰动信号的电压幅值在131.3v，检测误差在可接受的范围内。可以看出利用hht进行多谐波的信号分析，可以有效检测出信号内的各次谐波的谐波类型、起止时刻及幅值。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。