谐波电能计量方法的研究-论文.pdf

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1、2014年第4期文章编号：1005-3387(2014)04-0003-06谐波电能计量方法的研究邵晓明杜晓冉朱琳(郑州市质量技术监督检验测试中心，郑州450000)摘要：本文提出了采用sTFTr变换和小波变换相结合的方法对各次谐波进行分离提取，通过sTFr变换有效地减少了非同步采样带来的频谱泄露，利用小波变换提高了对动态谐波信号的检测能力。根据重构谐波的波形和参数，结合谐波功率计算公式来实现谐波电能的准确计量，Maflab仿真结果验证了该方法的可行性和准确性。关键词：谐波电能；短时傅里叶变换；小波变换；时频分析中图分类号：T

2、B97文献标识码：A得到各段信号构成的时变矩阵。从频域上解释就0引言是。将信号通过具有不同中心频率的窄带滤波器进随着电力电子技术的迅猛发展，越来越多的非行滤波。线性、冲击性负荷被投入到电力系统中，使得供电系在分析时变信号时．FFT变换由于非同步采样统中高次谐波污染日益严重。谐波被认为是电网的会产生频谱泄露，进而导致较大的测量误差。采用加一大公害，它不仅对电力系统中信号源造成污染，还窗插值的s1变换，只要选取的短时窗长度为信给电力设备的安全运行带来隐患，同时也对电网电号周期的整数倍，则信号频谱在整数次谐波频率处能计量造成很大的影

3、响⋯。只有对电网中谐波成的幅值为0。即便信号频率在允许范围内发生变分进行快速、准确、合理的检测，确切掌握谐波的实化，频谱泄露带来的测量误差也非常小。STFT变换时状况．才能实现复杂工业现场的电能准确计量。通过窗函数在时域上的滑动，来得到对信号的时频傅立叶变换(rvr)作为信号处理的常用方法被局部化分析，提升了对非平稳信号的分析能力，也较广泛用于谐波分析领域．其工作原理为：将周期性信好地减少了频谱泄露带来的误差。但sTFT变换依号按照傅立叶级数的方式分解为不同频率分量的叠旧没有克服时频分辨率上的局限性。信号的时域波加形式。然后利

4、用分离后的信号进行电能相关参数形和频谱不能同时获得高的分辨率，另外其短时观的计算[2]。FFT算法具有较好的频域分辨率、较高测窗是固定的，局部化特性不够精细。的测量精度．非常适用于稳态谐波的检测。而电网1．2小波变换谐波信号是实时变化的。FFT算法不能在时域和频近些年来，小波变换已成功应用于电力系统谐域同时以任意精度逼近被测信号，因而对于谐波检波的检测方面，其工作原理为：对实时电压、电流采测存在很大的局限性[3]。如何从时、频两域同时对样序列进行正交小波变换。然后经过子频带滤波器信号进行局部化分析成为谐波检测最为重要的将信号按

5、频率分离，通过各子频带分量小波变换的环节系数来计算各次谐波分量电力参数[5]。傅里叶分析是将信号分解成一系列不同频率的正弦波的叠1谐波检测分析方法加，同样小波分析是将信号分解成一系列小波函数1．1短时傅里叶变换的叠加。而这些小波函数都是由一个母小波函数经对于实时变化的电网信号，采用传统傅里叶变过平移和尺度伸缩得来的。该算法不需要知道尺度换只能得到整个时间范围内所有出现的频率。为了函数和小波函数的具体结构，仅根据滤波器系数就确知不同时刻的频域信息，DennisGabor在FFT变可以实现对信号的快速分解和重建[6]。换的基础上提

6、出了短时傅里叶变换(S1下T)。该方小波变换是一种信号的时间尺度分析方法，在法相当于用一个中心对称的滑动窗函数截取观测信频域和时域同时具有局部特性，在低频部分具有较号，对不同时刻的短时段信号进行FFT变换，最后高的时间分辨率和较低的频率分辨率。该算法时窗一3一和频窗的宽度可以调节，可以根据信号的频率成分，方法进行谐波检测，如图1所示，结合谐波功率计算自动调节采样密度来更好地处理突变信号，因此该公式来实现谐波电能计量。方法尤其适合波动谐波、快速变化谐波等突变信号l电网信号l的分析与处理]。但小波变换在稳态谐波检测方面不具有优势．

7、利用现有的小波函数无法实现对谐l小波分解得到各频带分解系数I波频率及有效值的精确测量，因此小波变换目前并土不能完全取代傅里叶变换。j匡>I小波重构得各频带信号I2谐波功率计算突变检测lI暂态分量II波分量Il基波分—=——广—丁在谐波情况下，电网信号电压、电流、功率分I加Hanning窗的sTF1变换别为：、，、受扰程度l均值评估Il谐波信息II基波信息M()=∑Usin(iwt)(1)i=1图1谐波信号检测流程图()=∑lisin(jwt一)(2)采用小波分解对电网信号进行处理，将不同频率的谐波划分到不同的频带中．并得到各频

8、带分解()(￡)=∑2Uf，sin(iwt)sin(iwt一)+i=1系数。由于突变点的小波分解系数存在模极大值，可以通过检测模极大值来判断暂态干扰发生的时2ljsin(iwt)sin(jwt一，)i：1i：1i≠i刻，突变点的定位是通过第一层和第二层高频分解(3)系数来判断