一种宽频信号测量方法及系统与流程

本发明涉及宽频信号测量，具体涉及一种宽频信号测量方法及系统。

背景技术：

1、随着电力系统的发展，其复杂性和不确定性也逐渐增加。对电力系统的实时运行状态进行监测，对电力系统安全状态行为进行评估并进行分析处理有非常重要的实际意义。最近几年，广域测量系统（wide area measurement system，wams）的研究取得非常实用的进展，wams主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求，利用全球定位系统（global position system，gps）高精度同步时钟，进行广域电力系统状态测量。

2、然而，电力电子设备的大规模接入给电网注入了大量的间谐波和高次谐波等宽频信号，电力系统中将其称为谐波污染。谐波污染对电网设备的正常运行带来了一定的影响，有的则对电网的安全运行构成了潜在的威胁，同时使电能质量大为降低。准确有效地监测电网谐波对查找谐波源及谐波的治理意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种宽频信号测量方法及系统，解决了现有技术中存在的技术问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一方面，本发明提供一种宽频信号测量方法，包括：

4、获取标准秒脉冲，并采用标准秒脉冲同步各采样节点的采样脉冲，以实现各采样节点的同步采样；

5、以采样节点的采样脉冲为参考，按照每个采样节点预设的采样频率，分别采集每个采样节点对应的离散信号；

6、采用四阶五项nuttall窗插值法以及fft算法对采样节点对应的离散信号进行处理，得到每个采样节点对应的信号处理结果；

7、以所述每个采样节点对应的信号处理结果为基础，采用决策树算法获取每个信号处理结果对应的类标记；所述类标记包括正常数据或非正常数据；

8、当采样节点对应的信号处理结果所对应的类标记为正常数据时，则采用定期同步数据的方式将信号处理结果同步至云端的主站；

9、当采样节点对应的信号处理结果所对应的类标记为非正常数据时，则立即将采样节点对应的信号处理结果同步至云端的主站，并同时生成警告信息。

10、在一种可能的实施方式中，获取标准秒脉冲，包括：通过gps/bd接收机接收标准时间信号，得到标准秒脉冲。

11、在一种可能的实施方式中，获取标准秒脉冲，还包括：

12、通过本地守时时钟同步gps/bd接收机接收的标准时间信号；

13、当gps/bd接收机的信号丢失之后，根据本地守时时钟输出的时间信号，获取标准秒脉冲。

14、在一种可能的实施方式中，以采样节点的采样脉冲为参考，按照每个采样节点预设的采样频率，分别采集每个采样节点对应的离散信号，包括：

15、以采样节点的采样脉冲为参考，按照每个采样节点预设的采样频率，采集每个采样节点对应的信号，并对采集的信号进行低通滤波处理、整形处理、限幅处理以及模数转换处理，得到每个采样节点对应的离散信号。

16、在一种可能的实施方式中，采用四阶五项nuttall窗插值法以及fft算法对采样节点对应的离散信号进行处理，得到每个采样节点对应的信号处理结果，包括：

17、对采样节点对应的离散信号加四阶五项的nuttall窗，得到采样节点对应的长度为n的离散序列；

18、对加窗得到的长度为n的离散序列进行离散傅里叶变换，得到每个采样节点对应的频谱序列；

19、采用nuttall窗插值算法对每个采样节点对应的频谱序列进行修正，得到每个采样节点对应的信号处理结果；

20、其中，所述信号处理结果包括基波幅值、基波相位、谐波幅值以及谐波相位。

21、在一种可能的实施方式中，以所述每个采样节点对应的信号处理结果为基础，采用决策树算法获取每个信号处理结果对应的类标记之前，包括：

22、获取训练实例以及每个实例对应的类标记，并根据所述训练实例以及每个实例对应的类标记，生成决策树。

23、在一种可能的实施方式中，根据所述训练实例以及每个实例对应的类标记，生成决策树，包括：

24、a1、以所有训练实例组成的训练实例集合d作为训练集，以训练实例集合d的特征集a作为训练特征集；

25、a2、判断训练集中所有实例是否均属于同一类c1，若是，则将类c1设置为决策树的单结点，否则对实例中的特征进行判断；

26、a3、判断训练特征集是否为空集，若是，则将训练集中最多类c2作为决策树中的单节点，否则进行增益比的获取；

27、a4、获取训练特征集中每个特征对训练集的增益比，并选择信息增益比最大的目标特征a’；

28、a5、判断目标特征a’对应的增益比是否小于预设的增益比阈值，若是，则将训练集中最多类c2作为决策树中的单节点，否则进行子结点的构建；

29、a6、针对目标特征a’的取值范围，按照预设间隔将训练集分为多个非空子集，并将非空子集中最多类c3作为类标记，构建子结点；并将单节点以及子节点组成决策树；

30、a7、对任一子节点，以子节点对应的非空子集为训练集，以为特征集，递归地调用步骤a2-a6，直至无法再获取子节点，得到最终的决策树。

31、在一种可能的实施方式中，训练特征集中每个特征对训练集的增益比，包括：

32、

33、其中，表示训练特征集中特征对训练集的增益比，表示特征a对训练数据集d的信息增益，表示数据集d的经验熵。

34、在一种可能的实施方式中，所述为：

35、

36、其中，表示表示特征a给定条件下d的经验条件熵。

37、另一方面， 本发明提供一种宽频信号测量系统，包括：相量测量模块、通信网络模块以及主站；所述相量测量模块包括同步采样子模块、数据采集子模块、数据处理子模块以及数据通信子模块；

38、所述同步采样子模块，用于获取标准秒脉冲，并采用标准秒脉冲同步各采样节点的采样脉冲，以实现各采样节点的同步采样；

39、所述数据采集子模块，用于以采样节点的采样脉冲为参考，按照每个采样节点预设的采样频率，分别采集每个采样节点对应的离散信号；

40、所述数据处理子模块，用于采用四阶五项nuttall窗插值法以及fft算法对采样节点对应的离散信号进行处理，得到每个采样节点对应的信号处理结果；以所述每个采样节点对应的信号处理结果为基础，采用决策树算法获取每个信号处理结果对应的类标记；所述类标记包括正常数据或非正常数据；当采样节点对应的信号处理结果所对应的类标记为正常数据时，则采用定期同步数据的方式将信号处理结果同步至云端的主站；当采样节点对应的信号处理结果所对应的类标记为非正常数据时，则立即将采样节点对应的信号处理结果同步至云端的主站，并同时生成警告信息；

41、所述数据通信子模块，用于将数据处理子模块输出的数据通过通信网络模块上传至云端的主站；

42、所述通信网络模块，用于提供相量测量模块与主站的通信功能；

43、所述主站，用于存储以及管理相量测量模块输出的数据。

44、本发明提供的一种宽频信号测量方法及系统，通过采集离散信号，然后采用四阶五项nuttall窗插值法以及fft算法对采样节点对应的离散信号进行处理，能够解决频谱泄露的问题，提升信号的分析精度，还能够处理因电网频率波动导致的采集数据非整数周期截断导致的频谱泄露问题，最后采用决策树算法进行数据异常判断，进一步降低了通信传输压力，以实现电力系统对实时性的要求。