瞬时频率估计方法对比研究

在信号处理中,线性调频信号（linear frequency modulation,LFM）的参数估计是一类非常重要的问题。本文基于短时傅里叶变换（short-time fourier transform,STFT）、连续小波变换（continuous wavelet transform,CWT）和维格纳（wigner-ville distribution,WVD）分布等三种方法,对两种常用信号（单频信号和线性调频信号）的瞬时频率进行估计,并对其做出比较分析,CWT法适用于单频信号的瞬时频率估计,WVD法适用于调频信号的瞬时频率估计。针对这三种方法出现的边缘问题,用最小二乘法进行拟合,有效的得到解决。     

间谐波检测的快速自适应离散广义S变换方法

采用传统广义S变换检测间谐波计算量大,不利于信号的实时检测。在此基础上,介绍了一种改进的快速自适应离散广义S变换方法来检测间谐波。首先,利用快速傅里叶变换估计信号间谐波频率;其次,应用折叠窗解决由于信号局部离散化引起的混叠,并通过自适应选择窗函数参数,达到缩小频域分析范围、大幅度节省分析计算时间、获得更加可靠的时频信号和提高时频能量集中度的目的。上述措施能有效抑制谐波、间谐波及噪声之间的相互干扰,提高信号间谐波参数及时间定位的估计精度。最后,对含稳态和动态谐波、间谐波的电气信号的分析结果验证了所提方法的有效性。     

基于自适应短时傅立叶变换的电频率跟踪测量算法

电频率快速、准确测量是电网及电气设备运行、控制、调节的基础.基于电气信号的异步采样数据,应用短时傅立叶变换（STFT）估计电气信号频率,选用矩形自卷积窗抑制谐波对测频的影响,并根据频率变化自适应调整时间窗宽度.算法实现简单、计算量小,测频范围大,在信号频率缓慢变化和快速变化时,均具有较好的测量精度和跟踪速度.仿真研究对测频算法在各种情况下的可行性和有效性进行了验证.     

基于广义S变换突变识别的暂稳态谐波检测方法

为解决谐波分析中经验模态分解(EMD)存在模态混叠现象与加窗插值FFT无法准确检测含暂态分量信号的问题,提出一种基于广义S变换突变识别的谐波检测方法。首先,使用广义S变换得到信号的模时频矩阵,根据模时频矩阵中模值较大频带的能量连续性将信号分为稳态、含暂态分量信号。然后,针对两种信号分别使用加hanning窗三谱线插值FFT和基于自适应噪声的完全集合经验模态分解(CEEMDAN)的改进HHT计算谐波和间谐波参数。最后,构建稳态、含幅值突变和频率突变信号的验证表明,该方法能自适应判别稳态、含暂态分量信号,对两种信号均能达到较高检测精度,具有较好的实用性。     

基于短时傅里叶变换的电压间谐波分析

文章介绍了将一种常用的信号处理手段——短时傅里叶变换(STFT)应用于电压间谐波的时频分析方法。与传统的傅里叶变换分析方法相比较,该方法能获得更精确的间谐波时频特性,为间谐波的频率检测提供了理论基础。在Matlab软件下,通过选取适当的窗函数,用STFT对含有间谐波的电压信号进行分析,使其时频分辨率得到较大提高。该方法有助于去除电压信号中的间谐波,以进一步改善电能供电质量。     

基于连续小波变换的非整数次谐波测量方法

快速傅里叶变换(FFT)可实现整数次谐波的精确检测，但对非整数次谐波的检测误差较大；加窗插值算法可提高非整数次谐波的检测精度，但会导致谐波分辨率降低。如果信号中存在频率相近的整数次和非整数次谐波，利用FFT和加窗插值算法都无法实现谐波的准确检测。连续小波变换(CWT)因其良好的时频局部化特性，可用来分析谐波。通常利用CWT系数的幅值来检测谐波频率。但不同尺度的小波函数在频域上存在相互干扰，如果被检测信号中含有频率相近的谐波，利用CWT系数的幅值无法实现谐波的准确检测。文中结合傅里叶变换和CWT的特点，提出了利用小波变换系数傅里叶变换的幅值来分离谐波的算法。通过实例验证，该算法能够把频率相近的整数次和非整数次谐波分离，实现较理想的检测，从而提高了谐波分析、检测的精度。     

一种基于短时傅里叶变换的电压闪变信号的检测

提出了一种基于短时傅里叶变换（STFT变换）的电压闪变信号的检测方法,利用待分析闪变信号的STFT变换幅值矩阵中的基频频谱序列得到该闪变信号的包络线、载波工频幅值和调幅波。该方法既适用于稳态闪变信号的检测,又适用于短时和时变闪变信号的检测,对谐波载波的闪变信号与工频载波的闪变信号的检测方案一致,不需要低通滤波或同步检波。仿真结果表明,该方法检测精度高,实现简便快捷,抗干扰能力强,是一种有效的电压闪变检测方法。     

一种基于小波包和apFFT的间谐波检测方法

针对现有的间谐波检测精度不高以及暂态间谐波信号定位困难等问题,探讨了一种新的间谐波检测方法。首先,将信号进行小波包和FFT变换,计算相对小波包能量。然后应用频谱特征量和相对小波包能量确定信号所含分量。最后利用小波包重构与apFFT算法检测和定位信号,计算间谐波幅值和频率。分别采用含稳态及暂态的间谐波信号模型对该检测方法进行了仿真研究,并将仿真结果与文献的结果进行了比较。仿真结果表明:该检测方法能够有效地检测间谐波,并具有较高的检测精度。     

基于Synchrosqueezing小波变换的谐波和间谐波检测方法

非线性电力元件的广泛使用使电力系统的谐波和间谐波污染越来越严重。为准确计算谐波和间谐波的参数特征,以有效克服噪声影响,提出基于Synchrosqueezing小波变换的谐波和间谐波的一种检测方法。首先对电力系统信号进行连续小波变换;然后确定同步挤压阈值,对连续小波变换结果进行同步挤压,并利用同步挤压结果计算电力信号主频率;最后,设置提取频率区间,将电力信号分解为一组内蕴模态类函数分量(IMT),并结合Hilbert变换及最小二乘拟合,精确计算噪声背景下谐波和间谐波的幅值与频率。通过模拟信号和实测信号对所提方法有效性进行了分析,实验结果表明,与Prony和HHT方法相比,本文方法通过同步挤压有效抑制了噪声干扰,谐波和间谐波的检测精度有较好的提高。     

基于广义双曲S变换的快速谐波检测算法

S变换凭借其优良的时频特性已应用到电力系统的谐波检测分析中,但仍存在检测精度不高、计算量大以及检测结果易受噪声影响的缺陷。为解决S变换存在的问题,对广义S变换中的HS变换进行了改进,提出了广义双曲S变换,并结合不完全S变换的思想,提出一种基于广义双曲S变换的快速谐波检测算法,该算法首先根据信号功率谱包络的动态测度检测出各次谐波的谐波次数,然后仅针对谐波对应的主要频率点进行广义双曲S变换,通过提取变换所得的双曲S复数矩阵中的特征量确定谐波的幅值、相位等信息。仿真结果表明,该方法能够快速检测出稳态或暂态谐波信号的谐波次数以及信号中各次谐波的具体参数,检测的精确度高,实时性好,而且对噪声的敏感度大大降低,为算法的实际应用奠定了良好基础。     

基于二进制采样快速S变换算法的 电能计量方法研究

大量非线性以及冲击性、波动性负荷的应用使电网环境变得复杂,将会产生非稳态信号。传统的电能计量方式及计量算法对非稳态信号电能计量不够精确。本文首先采用了一种把基波分量、畸变分量分开计量的方式,再借鉴快速S变换的思想提出了一种基于二进制采样快速S变换的电能计量算法。理论分析可知:电网信号畸变的情况下,基波、畸变分量分开计量的方式比传统的全电能以及基波计量方式更加合理;二进制采样快速S变换核函数形式固定,而不像小波算法那样很难选择合适的小波基函数。并且在相近的精度下,快速S变换比S变换节省很多的时间。最后通过仿真对比验证,无论是稳态信号还是非稳态信号,基于二进制采样快速S变换算法的电能计量结果的精确度都大大优于小波变换,并且比S变换运算效率更高。     

基于特定频带的短时傅里叶分析

短时傅里叶分析(STFT)和小波分析都具有分析暂态谐波的能力,但两者都存在不足之处,STFT需要有一个合适的窗才能有满意的分析效果,小波分析不能得到单个的谐波频率和幅值。文中通过比较STFT和小波分析在电力系统暂态信号分析中的优缺点,结合两者的优点,提出了基于特定频带的STFT的方法。该方法利用多分辨率分析确定暂态故障发生的时刻和暂态信号的主要频率范围,在此基础上确定STFT的时窗中心和合适的窗宽,可有效地提高STFT的精度和效率,快速、准确地得到暂态信号中’主要谐波频率分量的频率和幅值,通过MATLAB仿真证明了该方法的有效性。     

基于STFT的宽带信号时差测量方法

利用相位干涉仪测量信号到达时差时,频率估计误差会引起测量误差,且现有方法对宽带信号适应性较差.针对这些问题,提出了利用信号频域互相关的相频曲线估计到达时差的方法.该方法利用短时傅里叶变换对宽带信号进行重构,并对重构信号在频域进行互相关,然后利用相频曲线的线性关系估计时差.该方法在低信噪比条件下对宽带信号的到达时差具有较...     

考虑衰减直流分量的动态相量强跟踪测量算法

故障电流信号的频率变化以及包含的衰减直流分量会严重影响基于傅里叶变换的相量测量算法的精度和动态响应速度。文中提出了一种利用强跟踪滤波器滤除衰减直流分量的动态相量测量算法。首先,将衰减直流分量用其二阶泰勒展开多项式来表示,在状态变量中添加衰减直流分量及其一阶导数和二阶导数,建立含有基波角频率、幅值等参数和衰减直流分量参数的故障电流的非线性状态空间模型,减小信号估计的模型误差。其次,为了提高扩展卡尔曼滤波器在系统达到稳定时对系统参数突变的跟踪能力,利用强跟踪滤波器递推估计各状态变量。所提方法能够有效抑制衰减直流分量对相量测量精度的影响,对时变故障电流信号具有良好的动态响应能力。采用所提算法对加噪声的数值信号以及ATP-EMTP故障仿真信号进行相量测量,结果验证了算法的正确性与有效性。     

小波－奇异值分解在异步电机转子故障特征提取中的应用

针对电流信号中异步电机的转子故障特征分量经常被电源频率分量淹没而无法准确检测的缺点,提出了一种基于小波-奇异值分解的转子故障特征提取方法。通过连续小波变换将电流信号中的各特征频率分量转换到时频分布空间中,对该时频空间进行奇异值分解将各特征频率分量分解到不同的正交特征子空间中,对特征子空间的选择重构可以有效地滤除电源频率分量而提取出转子故障特征分量。模拟数据和实际故障信号的应用表明,该方法提供了一种可实际应用的异步电机转子故障诊断方法。     

A measurement method based on the wavelet transform for powerquality analysis

The paper presents a measurement method for power quality analysis in electrical power systems. The method is the evolution of an iterative procedure already set up by the authors and allows the most relevant disturbances in electrical power systems to be detected, localized and estimated automatically. The detection of the disturbance and its duration are attained by a proper application, on the sampled signal, of the continuous wavelet transform (CWT). Disturbance amplitude is estimated by decomposing, in an optimized way, the signal in frequency subbands by means of the discrete time wavelet transform (DTWT). The proposed method is characterized by high rejection to noise, introduced by both measurement chain and system under test, and it is designed for an agile disturbance classification. Moreover, it is also conceived for future implementation both in a real-time measurement equipment and in an off-line analysis tool. In the paper firstly the theoretical background is reported and briefly discussed. Then, the proposed method is described in detail. Finally, some case-studies are examined in order to highlight the performance of the method     

Improved fault location algorithm for radial distribution systems with discrete and continuous wavelet analysis

This paper presents a novel wavelet based approach for fault location using voltage transient waveforms in power distribution systems. The proposed method includes two main stages. Firstly, the approximate location of the fault or fault section is determined using a new algorithm with discrete wavelet transform. The difference between arriving times of transient components in different measurement units is used for this purpose. The accurate location of the fault is determined in the second stage. Depending on the determined fault section, the difference between arriving times of transient components in different measurement units or the frequency content of the voltage transients are used. The time difference and frequency content are calculated using discrete and continuous wavelet transform (DWT and CWT) respectively. The proposed technique is implemented on an unbalanced 34 bus distribution system with two distributed generation units which is simulated in ATP–EMTP. The comparison of the results of the proposed method with previous works verifies its better accuracy and more robustness to fault conditions including fault inception angle and fault resistance.     

基于MSST-HT的次同步振荡参数辨识研究

次同步振荡是在电力系统运行平衡点受到扰动后产生的一种异常电磁及机械振荡现象。针对希尔伯特黄变换在次同步振荡分量提取时存在噪声干扰和模态混叠问题，提出一种适用于次同步振荡参数辨识的多重同步压缩变换（MSST）和希尔伯特变换结合的方法。该方法在傅里叶同步压缩变换基础上，对次同步振荡信号时频谱进行多次同步压缩，以此来提高信号时频分布的重构精度和能量聚集程度。通过仿真并结合实际工程录波数据进行验证，首先使用多重同步压缩变换方法对信号进行时频分析，得到信号时频图，然后用多重同步压缩变换变换逆变换分解重构出各个模态分量，最后用希尔伯特变换对提取出来的单个模态分量进行参数辨识，识别其频率、阻尼比、衰减因子等主要参数。仿真结果表明，相比于短时傅里叶变换（STFT）、同步提取变换（SET）和傅里叶同步挤压变换（FSST），MSST能够提高信号时频分布的能量聚集程度和重构精度，能够实现多分量的次同步振荡模态分解。实际数据结果表明该方法能有效克服噪声干扰和模态混叠问题，准确辨识次同步震荡参数，对电力系统安全稳定运行具有一定的参考意义。     

S变换在电力电缆局部放电信号时频分析中的应用

针对电力电缆局部放电检测,介绍了基于新型S变换的时频分析方法,用于提取及分辨淹没在现场噪声干扰中的局放脉冲信号。局放信号是典型非平稳信号,单纯使用时域或者频域信息都不能很好地表示奇异信号的时变信息。最近发展的S变换是连续小波变换和短时傅里叶变换的一种结合与延伸,引入了幅度和宽度均随频率变换的高斯窗,具有与频率相关的渐进分辨率特性。局放信号的S变换图谱,在信号高频分量部分获得较高的时域分辨率,而在低频分量部分获得较高的频域分辨率,并可提取局放脉冲发生时刻及信号中心振荡频率等特征信息。对仿真信号和现场采集的电力电缆接地线上的局放信号应用S变换进行时频分析,并与短时傅里叶变换及Gabor变换等传统时频分析方法比较,结果显示S变换的时频分析可有效获取局放脉冲信息。