电力系统谐波和间谐波检测方法综述

电力系统谐波和间谐波的实时精确检测的重要性日益突出.文中根据目前谐波和间谐波检测的特点,首先分析了离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)在检测过程中存在的频谱泄漏和栅栏效应,根据检测难点提出了谐波间谐波检测要解决的关键问题.对目前国内外三类检测方法:时域分析、频域分析、时频交替分析法进行了分类分析,总结DFT/FFT用于谐波、间谐波检测的主要方法,最后指出现有检测方法的主要问题所在,并提出今后几个值得研究的课题和方向.     

基于变分模态分解与Teager能量算子的谐波/间谐波检测方法

为了提高电力谐波信号中谐波/间谐波的检测精度,提出一种基于变分模态分解(VMD)与Teager能量算子相结合的检测新方法。利用相关系数法来确定VMD算法中的模态分解个数K;采用VMD对谐波/间谐波信号进行分解,得到一系列IMF分量;利用Teager能量算子对IMF分量进行解调分析,能够得到分量的瞬时幅值和频率,同时根据时频图中瞬时频率突变点,可准确定位暂态谐波/间谐波的起止时刻。在信噪比较低的情况下,将集合经验模态分解(EEMD)、VMD分别与Teager能量算子相结合进行谐波/间谐波检测的对比。仿真实验对比表明文中所提方法能将稳态、暂态谐波信号进行有效的分离,同时具有较高的检测精度和较好的噪声鲁棒性。     

基于多级EEMD和WVD分布的谐波/间谐波检测方法

为了有效抑制多种噪声和准确检测谐波/间谐波频率,提出了基于多级集合经验模态分解(EEMD)和Wigner-Ville分布(WVD)的谐波/间谐波检测方法。利用白噪声的幅值可调性,对含有噪声的检测信号进行多级EEMD分解,平滑脉冲干扰和削弱白噪声的同时,得到了一组固有模态函数(IMF)分量,对每个IMF进行WVD计算,可准确检测出谐波/间谐波频率,有效抑制了交叉项和噪声干扰。采用最小二乘算法估计各频率分量的幅值,实现了噪声背景下的谐波和间谐波检测。仿真结果验证了该方法的可行性与有效性。     

基于DFT和群组谐波能量回收理论的谐波与间谐波检测算法

采用离散傅里叶变换(DFT)检测含有频率相近的谐波与间谐波的电网信号时,信号的非同步采样会引起频谱泄露和混叠现象,严重影响了检测精度。针对以上问题,提出一种基于DFT和群组谐波能量回收理论的谐波与间谐波检测算法。首先根据DFT对谐波/间谐波的频谱分析结果判别谐波/间谐波分量数。然后基于群组能量回收理论通过频率偏移量自动调整取样窗口的长度,依次对主要谐波/间谐波周围的溃散能量进行迭代收集。最后通过主要谐波/间谐波周围溃散总能量值将其幅值与频率恢复为原貌,即可得到各分量幅值和频率的精确值。Matlab仿真算例表明,该算法能有效减小因频谱泄露而引起的测量误差,准确测量出邻近谐波与间谐波分量的幅值和频率。     

电力系统谐波和间谐波检测方法综述

电力系统谐波和间谐波的实时精确检测是谐波评估和治理的前提和基础。结合国内外谐波检测技术的发展现状,从检测信号模型出发,对基于加窗、加窗插值、谱估计和希尔伯特—黄变换(HHT)的谐波检测算法进行了分类和总结,指出了各种算法在谐波检测中的优缺点。最后,对电力系统谐波检测中需要关注的问题和研究方向进行了探讨。     

基于HHT的微网中谐波与间谐波的检测与分析

近年来,由于电力电子器件及非线性负荷的大量使用,微网中的电压、电流波形畸变越来越严重,谐波和间谐波问题变得尤为突出,造成了电能质量的恶化.而谐波治理的前提是对其进行快速、实时的检测,由于谐波信号的随机性和影响因素的复杂性,传统的谐波检测方法已经不再适用.为此,本文提出采用希尔伯特-黄变换方法(HHT)对微网中的谐波和间谐波信号进行检测,从而可以实现微网中谐波的自动提取.仿真结果表明该方法能有效地对谐波及间谐波信号进行实时、准确的检测,取得了很好的效果.     

基于EEMD和TLS-ESPRIT的谐波间谐波检测方法

总体平均经验模态分解(EEMD)可以在噪声环境下对信号进行准确的分解,克服了EMD分解过程中产生频率混叠和虚假模态的缺陷。总体最小二成旋转不变技术(TLS-ESPRIT)算法本身具有很好的消噪能力,用TLS-ESPRIT算法可以准确地辨识出信号的参数。结合两者的优点,提出了基于EEMD和TLS-ESPRIT的谐波、间谐波检测方法,结合EEMD分解后的各阶分量的能量来确定电网中真实的谐波、间谐波分量。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于ESMD和HT相结合的谐波检测新方法

针对现有的电力系统谐波信号检测方法精度不高的问题,以及研究较多的经验模态分解(EmpiricalMode Decomposition, EMD)在谐波检测中出现的模态混叠问题,结合极点对称模态分解(Extreme-pointSymmetricMode Decomposition, ESMD)理论和算法,提出基于ESMD和希尔伯特变换(HilbertTransform, HT)相结合的谐波检测新方法。首先对信号进行极点对称模态分解,得到一系列不同特征尺度的固有模态函数(IntrinsicModeFunction,IMF),再对IMF分量进行希尔伯特变换得到各谐波瞬时幅值和瞬时频率信息。该方法能够根据信号自身特征进行自适应分解,理论上由于扩展了IMF定义并采用内部插值方法,使得该方法具有简单、精度高的优势。仿真结果表明,该方法在谐波检测中自适应分解能力强,检测精度高,实时性好,并且能够在不添加噪声的情况下有效避免EMD方法在谐波检测中出现的模态混叠现象。     

一种新的电力系统谐波间谐波两步检测法

提出了一种新的基于邻近谱线抵消及加窗TDA的谐波间谐波两步检测法。IEC对于谐波间谐波检测推荐的采样窗口长度为十个周波,在此前提下,研究了同步采样下谐波和间谐波之间的频谱干扰特性,提出采用两步法对谐波和间谐波分开进行分析。对于各次谐波,利用邻近谱线抵消手段抑制了间谐波对其频谱的干扰;间谐波的时域对应TDA后的差分信号,考虑到各间谐波频谱之间的干扰及栅栏效应,通过加窗双谱线插值提高间谐波检测精度;当某一间谐波频率与谐波频率较为接近时,提出加窗TDA法抑制拟谐波偏差信号主瓣对间谐波的影响。通过仿真分析表明,在同步采样条件下,此方法对于谐波和间谐波有着较高的检测精度。     

一种新的电力系统谐波间谐波两步检测法

提出了一种新的基于邻近谱线抵消及加窗TDA的谐波间谐波两步检测法.IEC对于谐波间谐波检测推荐的采样窗口长度为十个周波,在此前提下,研究了同步采样下谐波和间谐波之间的频谱干扰特性,提出采用两步法对谐波和间谐波分开进行分析.对于各次谐波,利用邻近谱线抵消手段抑制了间谐波对其频谱的干扰;间谐波的时域对应TDA后的差分信号,考虑到各间谐波频谱之间的干扰及栅栏效应,通过加窗双谱线插值提高间谐波检测精度;当某一间谐波频率与谐波频率较为接近时,提出加窗TDA法抑制拟谐波偏差信号主瓣对间谐波的影响.通过仿真分析表明,在同步采样条件下,此方法对于谐波和间谐波有着较高的检测精度.     

基于SWT的电力系统基波检测

在噪声混入含有基波的信号时,传统的时频分析方法在基波提取过程中易出现模态混叠。为了准确检测出基波分量,利用时频分析精度较高的同步挤压小波变换(Synchrosqueezing Wavelet Transform, SWT)实现基波检测。首先,采用SWT将含有基波的信号分解为一组内蕴模态类函数(Intrinsic Mode Type functions, IMTs),第一个分量IMT1即代表基波。然后,该分量经Hilbert变换实现基波频率和幅值的测量。在谐波幅值瞬变、噪声混入、基波频率波动、间谐波频率靠近基波和谐波的情境下进行算法验证。实验结果表明,SWT能够准确提取基波,频率精度最高可达10?8量级,具有较强的抗噪性,且SWT的基波提取能力强于谐波和间谐波。     

基于同步挤压小波变换的电力系统时变谐波检测

针对噪声影响下时变谐波检测问题,提出基于同步挤压小波变换(SWT)的检测方法。首先利用SWT算法将混有噪声的时变谐波信号分解为不同的内蕴模态函数分量(IMTs),进而提取出所含谐波分量,然后对每个谐波分量进行Hilbert变换,得到每个本征函数的瞬时频率和幅值及谐波扰动的起止时刻。基于SWT准确的模态分离能力,实现了各谐波的瞬时频率、瞬时幅值和谐波扰动的起止时刻等参数较高精度的获取。与传统的希尔伯特-黄(HHT)方法相比,该方法对于谐波的分离能力更强,对噪声有更强的鲁棒性。仿真及实际数据表明,所提方法在噪声环境下依然能精确提取各个模态,验证了该方法在时变谐波检测分析中的有效性。     

基于经验小波变换的电力系统谐波检测方法

针对噪声干扰下的稳态以及暂态谐波检测问题,首次提出一种基于经验小波变换的电力系统谐波检测方法。首先利用经验小波变换从电力谐波信号中提取出一组具有紧支撑频谱的调幅-调频分量,实现各次谐波与基波信号的分离。接着对分离出的谐波分量进行Hilbert变换,从而获取各次谐波的幅值和频率检测参数以及暂态谐波的扰动起止时刻。对多类谐波信号的仿真结果表明,所提方法有效避免了传统Hilbert-Huang变换存在的模态混叠问题,即使在低信噪比下也能实现多频谐波信号的自适应分解,在确保各类参数检测结果精度的同时,兼具良好的噪声鲁棒性和检测实时性。     

基于多路信号联合去噪的Prony谐波检测法

针对传统Prony算法易受噪声干扰且同一区域内多路电能质量信号存在相关性的特点,文中提出了一种基于多路信号联合去噪的Prony谐波检测算法,实现在较强噪声条件下的谐波准确检测。首先,采用中心频率法和轨迹相似度法改进多元变分模态分解（MVMD）算法;其次,利用改进的MVMD算法联合分解相关联的多路信号,提取出主导模态分量并重组为适宜Prony分析的稳定信号;最后,对稳定信号进行Prony分析得到初步的谐波参数,通过阈值筛选和人工鱼群全局寻优,得到准确的谐波检测参数。仿真实验表明,改进的MVMD去噪算法的输出信噪比为37.3,高于VMD去噪法（33.2）和小波去噪法（32.8）,去噪效果更优;文中算法谐波检测结果的误差总体小于传统Prony算法,具有谐波检测准确度高、同时计算多路信号的特点。     

基于多孔分数阶小波变换的谐波检测新方法

基于分数阶小波变换的电力谐波检测方法是一项新兴的研究成果,其可较好地解决新型电力系统中谐波检测受噪声干扰的问题,提高谐波检测精度。然而传统离散分数阶小波变换均基于Mallat算法完成,其实现过程中的下采样操作将影响谐波信号的检测精度。针对这一问题,文章将非下采样多孔算法与分数阶小波变换相结合得到一种改进的离散分数阶小波变换实现方法,并在此基础上提出一种基于多孔分数阶小波变换的谐波检测新方法。此外,文章采用基于分数阶频谱四阶原点矩的方法确定最佳分数阶变换阶次,有效降低计算复杂度。实验结果表明,新方法对稳态谐波、短时谐波及时变谐波均能有效实现信号降噪和分离,并能对信号分量的幅值、频率及定位信息实现高精度检测。     

基于递归VMD的有源滤波器谐波检测

针对有源滤波器谐波检测问题,将递归变分模态分解(VMD)应用于有源滤波器中谐波检测部分。对谐波电流进行递归VMD分解,得到一系列带宽受限的固有模态函数(BIMF),不同的BIMF代表了不同的频率分量,即得到基波和各次谐波BIMF分量,从而完成谐波的检测。在分解中,通过限制带宽估计中心频率,重构模态函数。仿真结果表明,基于递归VMD的谐波检测方法,可以准确有效地提取电力系统中的谐波。     

基于参数优化变分模态分解的间谐波检测

变分模态分解(VMD)已在谐波检测领域得到应用,但人为设定分解参数K,导致误差较大。为提升VMD在间谐波检测中的准确性,首先,采用施密特正交化理论对VMD预分解得到的各分量进行正交化处理,以避免模态混叠。然后求得不同K值对应的残差能量,利用残差能量值最小化法优化参数K,进而提取间谐波信号。最后采用对称差分能量算子,获得间谐波信号幅值与频率等特征信息。仿真实验表明：所提出的方法能有效优化参数K,降低VMD分解误差。同经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)以及近年新提出的同步挤压小波变换(SST)相比,参数优化变分模态分解在间谐波检测上效果显著提升,具有更高的检测精度。     

基于WPT和参数优化的VMD谐波检测方法

针对变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)在谐波检测中易受噪声影响、分解模态个数K难以确定的问题,提出一种基于小波包降噪(WPT)和参数优化的VMD谐波检测方法。首先,对谐波信号进行WPT降噪处理,然后对降噪后的信号进行VMD预分解,根据解析分量的瞬时频率均值选取最优的K值,最后对降噪信号进行最优K值VMD分解并提取频率,用希尔伯特变换进行幅值检测。仿真结果与对比表明,该方法能够有效的选择VMD分解模态个数,减小噪声影响,且具有良好的检测精度。     

一种新的谐波、间谐波参数估计算法

加窗插值算法是谐波、间谐波分析的常用方法,能显著提高谐波检测精度.以单峰谱线插值算法为例,分析了常规插值算法的不足,并提出了相应的解决方法.首先,提出一种用多项式逼近求极值的谐波、间谐波频率估计算法,减小了求取频率校正系数的计算复杂度;其次,考虑邻近谐波、间谐波间频谱泄漏的影响,利用矩阵求逆的方法修正谐波谱线的幅值和相位;最后,对所提算法进行了仿真研究,结果表明,本文算法在频率波动和白噪声干扰下都能准确地估计谐波参数,有效地提高了谐波的检测精度