dq变换和MUSIC算法在间谐波检测中的应用

随着非线性电力电子器件的大量应用,电网存在频率为基频非整数倍的间谐波,其幅值远小于基波和谐波,并具有时变性,因此对它的检测要难于谐波。为此,采用dq变换和MUSIC算法相结合的方法进行间谐波频率检测,信号的幅度和相位由最小二乘法来估计。dq变换可以消除大幅度基波分量;基于矩阵特征分解的MUSIC算法可检测出短数据条件下的谐波和间谐波,适合短时平稳的间谐波检测,两者相结合可以有效检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波。仿真实验表明,噪声幅度和间谐波幅度相当时,在仅4个周波的数据情况下能检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波     

基于TLS-ESPRIT算法和支持向量机的间谐波检测

由于间谐波具有在频域广泛分布、幅值相对于基波和谐波较小、周期难以确定等特点,因此间谐波的检测难度很高,要求能够尽量限制非同步采样对检测精度的影响。现代谱估计算法由于对同步采样没有要求,频率分辨率高等特点被广泛地用于电力系统谐波与间谐波检测中,由于其只能准确的估计信号的频率,不能很好的估计信号的幅值和相位,在实际应用中受到很大限制,而支持向量机如果要准确的估计信号的频率、幅值和相位,计算量很大。基于以上特点,将支持向量机(SVM)与总体最小二乘旋转不变(TLS-ESPRIT)算法结合起来,先用TLS-ESPRIT算法准确估计信号频率分量,再用支持向量机方法估计信号的幅值和相位,通过三个算例分别讨论了该方法在相邻信号、多信号等情况下的检测情况,证明该方法切实可行,能准确检测出间谐波的各种参数,并且比单独使用支持向量机计算量小。     

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。     

改进加窗频谱峰值拟合算法及谐波分析应用

加窗FFT是目前应用最为广泛的谐波分析方法。但非同步采样时,离散频谱校正中存在计算准确度与实时性的矛盾。论文结合三角自卷积窗的频谱特性,建立了基于最小二乘法的三角自卷积窗加权电力谐波分析算法。首先利用三角自卷积窗对信号进行加权,以抑制频谱泄漏;其次,采用最小二乘法进行离散频谱校正,构造可以根据精度要求进行调节的频谱校正拟合多项式;最后,根据最小二乘拟合多项式,建立简单、易行的谐波幅值、初相角和频率计算式。非同步采样和非整数周期截断条件下,对白噪声、基波频率波动等情况的谐波参数分析仿真实验验证了算法的有效性和准确性。     

基于互高阶谱Pisarenko方法的间谐波计算

电力系统间谐波的问题日益突出,准确地将间谐波的幅值、频率检测出来,是电力系统急待解决的问题.本文应用互高阶谱的Pisarenko方法可以在混合噪声背景下准确地将间谐波的幅值、频率计算出来.在互高阶累积量Yule-Walker基础上,首先将信号的特征空间分解为信号子空间与噪声子空间,再构建特征多项式,计算出各次谐波分量的幅值与频率.仿真和试验结果表明,该方法在低信噪比和短数据下,频率的测量精度优于0.03%,幅值的测量精度优于5%,谱估计的分辨率高,稳定性好.     

基于引入松弛因子的改进式单通道FastICA的间谐波检测方法

为改善高阶FastICA间谐波检测算法对初值敏感性的问题,提出一种基于松弛因子的改进式单通道FastICA间谐波检测方法。首先,对单通道信号延迟处理构造观测信号矩阵,采用主分量分析法(PCA)对其降维处理。其次,利用最速下降法求得松弛因子,并对迭代初值进行修正。然后,通过对称正交化FastICA算法对观测信号进行分离,得到基波、谐波和间谐波的频率,借助最小二乘法估计出相应的幅值和相位。仿真结果表明,该算法不仅能够较精准地检测到间谐波及其相关参数,同时降低了高阶算法对初值的敏感性。     

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。     

消除负频率影响的低频间谐波快速检测方法

对电网采样信号进行离散频谱分析时存在负频率分量,负频率对低频间谐波分量具有干扰作用;当间谐波频率邻近基波、谐波或直流分量时,其频谱会泄漏到附近的基波、谐波或直流谱线上,此时会产生主瓣干涉而无法准确检测间谐波。建立了包含负频率在内的间谐波数学模型,通过组建和求解不同位置的谱线方程组,消除了负频率的影响,得到低频间谐波参数的显式求解公式,实现了在IEC标准同步采样要求下对低频间谐波的快速检测。特别是当间谐波与附近的基波、谐波或直流分量间隔小于1个频率分辨率时,该方法仍能在有限的采样数据长度下快速精确地检测出间谐波。仿真结果表明,该方法不受直流偏移和谐波分量的影响,同时具有较好的检测速度和抗噪性能。     

邻近基波/谐波的间谐波检测算法

新能源大规模并网所引发的低频振荡,其频率分量通常可表现为一个低频信号对基波/谐波信号的调制,也即电力信号中会出现关于基波/谐波对称的邻近间谐波对。在使用离散傅里叶变换(DFT)对这类间谐波进行检测时,频域间的主瓣干扰会影响间谐波参数的准确估计。该文以单峰谱线插值算法为例,分析了传统插值算法在谐波和间谐波发生主瓣干扰时检测失效的原因,并提出了一种多分量频谱叠加算法对邻近基波/谐波的单个间谐波及间谐波对进行分析。首先根据信号DFT后紧邻基波/谐波的间谐波谱线的幅值特性,判别邻近基波/谐波的间谐波分量数;然后将间谐波的频谱按其频率分量数进行矢量叠加,并用紧邻基波/谐波的间谐波谱线构建谱线方程组得到其频率估计值;根据估计出的频率利用窗谱函数构建的关联矩阵求解其幅值和相位。仿真和工程实测分析表明,该方法能有效抑制由主瓣干扰引起的检测误差,在不增加采样数据长度的条件下准确检测出邻近基波或谐波的间谐波。     

基于递推最小二乘算法和自适应采样的微机自动准同期

本文根据递推最小二乘算法从受干扰污染的输入信号中估计基波电压复数振幅的实况和虚部，用它们计算电压幅值。利用电压相角变化来测量频率和电压间的相位差。通过自适应调整采样间隔，保证频率改变时每周波均匀采样Ｎ点。提出的断路顺合闸时间测量方法是简单有效的。     

噪声情况下的时变间谐波谱估计

间谐波幅值远小于基频或其它整数倍谐波的幅值,使其对噪声非常敏感,噪声往往会将这类微弱信号淹没。另一方面,实际间谐波频谱是随时间变化的,应看作随机信号来处理。该文提出一种基于4阶累积量的可变遗忘因子递推最小二乘法(cumulants recursive least square-variable forgetting factor,CRLS-VFF),将间谐波信号看作一个时变自回归(auto-regressive,AR)模型,利用参数化谱估计方法分辨率高的优点,将间谐波谱估计问题转化为时变AR参数的估计。4阶累积量可抑制任何高斯噪声,保证算法的频率分辨率;可变遗忘因子提高了算法跟踪时变参数的能力。对根据间谐波特点构建的仿真模型及典型的间谐波源——变频装置产生的信号进行仿真,结果证明：该方法能在噪声情况下准确估计出时变间谐波的频谱。     

基于AR谱估计和频谱分析的间谐波检测方法

自回归(Autoregressive,AR)谱估计方法频率分辨率高,但不易对间谐波幅值和相位实现精确计算;基于DFT的频谱分析方法能在辨识出各分量频率的基础上计算得到高精度的间谐波参数,但频率分辨率低。为此提出了一种结合这2种方法优势的算法来检测间谐波。首先采用基于最优窗加权修正的Burg算法估计出信号所含分量的大致频率,然后结合软件同步采样后的FFT频谱来分析计算各分量参数。同步采样时基波和谐波无泄漏,可以根据同步采样FFT谱线中只与间谐波有关的谱线来计算间谐波,此时间谐波谱线之间的相互干扰可通过利用间谐波谱线求解与间谐波参数有关的方程组来克服。最后对间谐波所靠近的基波和谐波谱线进行修正,就能保证谐波和间谐波参数精度都较高。实验证明,这种基于AR谱估计和频谱分析的间谐波检测方法能在分辨率和精度上得到兼顾。     

支持向量机结合TLS-ESPRIT的间谐波参数估计

为精确估计间谐波信号参数,提出支持向量机(SVM)结合总体最小二乘旋转不变子空间(TLS-ES-PRIT)算法的间谐波分析方法。首先对由采样数据形成的HANKEL矩阵进行奇异值分解(SVD),运用总体最小二乘法(TLS)求解旋转关系方程,获得电网信号的频率参数;然后通过支持向量机算法估计出间谐波信号的幅值和相位参数。仿真结果表明,该方法能够精确估计间谐波信号的各项参数,不仅减小了单独使用SVM算法的计算量,而且在低信噪比条件下,具有良好的稳健性。     

基于插值FFT算法的间谐波参数估计

间谐波是频率介于两个谐波之间的信号。间谐波除具有一般谐波信号的特性外 ,还会严重影响现有谐波补偿装置 ,使谐波补偿失败 ,因此准确检测间谐波的参数具有十分重要的意义。讨论了间谐波的特点及检测方法 ,提出了基于加窗插值FFT算法的间谐波参数估计 ;讨论了窗函数的选择规则 ,推导了分析窗宽度的估计公式 ,以及基于Hanning窗的间谐波频率、幅值和相位的显式估计公式。仿真结果证明 ,该算法对电网间谐波和谐波的幅度、频率和相位的估计在一定条件下具有很高的精度。     

基于ESPRIT的谐波和间谐波参数估计方法

为了准确地获得信号中谐波、间谐波成分的频率和幅值等参数,提出了一种新的检测算法,即ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)。此算法是一种基于子空间技术的高分辨率检测方法,它把信号分解为信号子空间和噪声子空间,能够精确地估计出被噪声污染的正弦信号的频率,幅值等信息,克服了传统FFT算法分辨率的限制。仿真结果表明此算法能够在较短的信号长度内准确检测出信号各个谐波和间谐波成分,证明了此算法的正确性。     

基于现代谱估计方法的间谐波检测

电力系统中的间谐波问题日益突出,因此有必要准确地检测间谐波的参数。FFT算法无法在较短的采样时间内精确检测信号中的间谐波和谐波成分,因而提出采用现代谱估计方法检测间谐波,仿真验证了该方法能够在较短的采样时间内准确检测出频率邻近的间谐波成分和多个间谐波分量。     

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     

基于神经网络的电力系统高精度频率谐波分析

加窗插值 FFT 算法是电力谐波分析常用的高精度算法，但在严重非同步采样情况下，其谐波分析精度有限。该文提出一种基于神经网络的高精度电力系统频率谐波分析算法。采样频率不能与实际基波频率同步时，该算法通过对与基波频率、谐波幅值及相位等相关参数进行更新，当神经网络收敛时，可以获得高精度的谐波分析结果。仿真结果表明，当基波频率在40~60Hz范围变化时，电力系统基波频率、基波和谐波幅值和相位的分析精度超过99.999 999 999%。     

基于三次样条插值时域采样重构的间谐波检测新算法

首先用加汉宁窗的插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法确定准确的基波频率,并且根据基波频率和时域原始采样序列,利用三次样条插值方法重构一个新的等间隔序列,重构序列是严格整基波周期截断的,而且在每基波周期内包含整数个重构点;然后用 FFT 算法对重构序列进行处理,计算出所有基波和谐波的参数;接着,将基波和谐波成分从重构序列中减掉,则剩余序列中只包含间谐波成分;最后,再次用加汉宁窗的插值 FFT 算法和最大谱峰搜索法对剩余序列进行处理,每确定一个间谐波成分的参数就将该间谐波成分从剩余序列中减掉,如此循环,直至确定每一个间谐波成分的参数.该算法排除了基波和谐波对间谐波的影响,也避免了大幅值间谐波对小幅值间谐波的泄漏影响,因而对基波、谐波和间谐波参数的检测均有很高的精度,仿真和实验证明了该算法的正确性和有效性