基于小波包变换的间谐波检测方法、装置及电力系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种基于小波包变换的间谐波检测方法、装置及电力系统，利用小波的时频特性，对电力系统中模拟信号的各个间谐波分量进行检测和分离，并且对分离的信号作快速傅里叶变换进行参数估计，选取适于电力系统间谐波检测的最佳小波基，提高检测精度；另外，小波在时域和频域都是局部化的特性使得本发明专利技术适用于平稳和非平稳信号的检测，为含间谐波电力系统的电能计量提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
基于小波包变换的间谐波检测方法、装置及电力系统
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种基于小波包变换的间谐波检测方法、装置及电力系统。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，大量电力电子器件和非线性元件在电网中使用，导致电网中谐波污染越来越严重，甚至对电力系统的安全和稳定造成极大的危害。电网系统中非线性负荷不仅会产生基频的整次谐波，还可能产生工频非整次谐波，即间谐波。间谐波分量具有非平稳性和频率难以预测等特点，因此，需要找寻合适的方法对含有间谐波分量的信号进行分析。目前，对于间谐波分量的信号分析多采用小波分解的方式进行。小波分析是一种窗口面积固定但其形状可改变，即时间和频率窗都可改变的时频局部化分析方法，由于它在分解的过程中只对低频信号再分解，对高频信号不再实施分解，使得它的频率分辨率随频率升高而降低。在这种情况下，小波包分解应运而生，它不仅对低频部分进行分解，对高频部分也实施了分解，而且小波包分解能根据信号特性和分析要求自适应地选择相应频带与信号频谱相匹配，是一种比小波分解更为精细的分解方法。但是，目前在小波包分解的过程中，无法根据电力系统的间谐波特性来选择合适的小波基，从而使得检测精度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中在使用小波包分解时，无法根据电力系统的间谐波特性来选择合适的小波基，从而使得检测精度较低的技术缺陷。本专利技术实施例提供了一种基于小波包变换的间谐波检测方法，包括：获取电力系统中的模拟信号，并根据所述模拟信号选取多个小波基函数，以及依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数；按照所述小波包分解层数分别使用不同的小波基函数对所述模拟信号进行小波包分解，得到各个小波基函数对应的各频带小波系数，并对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号；将所述重构信号和所述模拟信号分别进行快速傅里叶变换后提取特征信息，并根据所述重构信号对应的特征信息以及所述模拟信号对应的特征信息选取最佳小波基函数，利用所述最佳小波基函数对所述电力系统中的间谐波进行检测。可选地，所述模拟信号包括模拟电压信号和模拟电流信号。可选地，所述根据所述模拟信号选取多个小波基函数的步骤，包括：根据所述模拟信号的间谐波特征在小波基函数库中选取多个匹配的小波基函数。可选地，依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数的计算公式为：其中，fs为模拟信号的采样频率，ff为模拟信号的基频，N为小波包分解层数。可选地，所述对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号的步骤，包括：采用Matlab重构算法分别将基于各个小波基函数进行小波包分解后获得的含有原始信号谐波和间谐波成分的各频带小波系数进行单支重构，得到多个重构信号的重构表达式如下：其中，cj-1,k为第k个小波基函数中对应于j-1尺度空间的尺度系数，dj,k为第k个小波基函数中对应于j尺度空间的小波系数，h(m-2k)为第k个小波基函数的滤波器系数。可选地，将所述重构信号和所述模拟信号分别进行快速傅里叶变换后提取特征信息的步骤，包括：选取所述重构信号中的单次谐波以及所述模拟信号中的单次谐波进行快速傅里叶变换，并提取快速傅里叶变换后的重构信号和模拟信号的特征信息。可选地，所述特征信息包括快速傅里叶变换后的重构信号以及模拟信号的幅值信息和相位信息。可选地，根据所述重构信号对应的特征信息以及所述模拟信号对应的特征信息选取最佳小波基函数的步骤，包括：根据所述重构信号的幅值信息和相位信息以及所述模拟信号的幅值信息和相位信息分别计算各个小波基函数的幅值误差和相位误差；选取各个小波基函数中幅值误差和相位误差最小的小波基函数作为最佳小波基函数。本专利技术还提供了一种基于小波包变换的间谐波检测装置，包括：分解准备模块，用于获取电力系统中的模拟信号，并根据所述模拟信号选取多个小波基函数，以及依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数；分解与重构模块，用于按照所述小波包分解层数分别使用不同的小波基函数对所述模拟信号进行小波包分解，得到各个小波基函数对应的各频带小波系数，并对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号；间谐波检测模块，用于将所述重构信号和所述模拟信号分别进行快速傅里叶变换后提取特征信息，并根据所述重构信号对应的特征信息以及所述模拟信号对应的特征信息选取最佳小波基函数，利用所述最佳小波基函数对所述电力系统中的间谐波进行检测。本专利技术还提供了一种电力系统，所述电力系统在进行间谐波检测时，执行如上述实施例中任一项所述基于小波包变换的间谐波检测方法的步骤。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术提供的一种基于小波包变换的间谐波检测方法、装置及电力系统，包括：获取电力系统中的模拟信号，并根据所述模拟信号选取多个小波基函数，以及依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数；按照所述小波包分解层数分别使用不同的小波基函数对所述模拟信号进行小波包分解，得到各个小波基函数对应的各频带小波系数，并对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号；将所述重构信号和所述模拟信号分别进行快速傅里叶变换后提取特征信息，并根据所述重构信号对应的特征信息以及所述模拟信号对应的特征信息选取最佳小波基函数，利用所述最佳小波基函数对所述电力系统中的间谐波进行检测。本专利技术利用小波的时频特性，对电力系统中模拟信号的各个间谐波分量进行检测和分离，并且对分离的信号作快速傅里叶变换进行参数估计，选取适于电力系统间谐波检测的最佳小波基，提高检测精度；另外，小波在时域和频域都是局部化的特性使得本专利技术适用于平稳和非平稳信号的检测，为含间谐波电力系统的电能计量提供了新思路。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于小波包变换的间谐波检测方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的模拟电压信号的波形示意图；图3为本专利技术实施例提供的小波包频域划分原理示意图；图4为本专利技术实施例提供的4.2次间谐波幅值误差对比示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种基于小波包变换的间谐波检测装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于小波包变换的间谐波检测方法，其特征在于，包括：/n获取电力系统中的模拟信号，并根据所述模拟信号选取多个小波基函数，以及依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数；/n按照所述小波包分解层数分别使用不同的小波基函数对所述模拟信号进行小波包分解，得到各个小波基函数对应的各频带小波系数，并对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号；/n将所述重构信号和所述模拟信号分别进行快速傅里叶变换后提取特征信息，并根据所述重构信号对应的特征信息以及所述模拟信号对应的特征信息选取最佳小波基函数，利用所述最佳小波基函数对所述电力系统中的间谐波进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于小波包变换的间谐波检测方法，其特征在于，包括：
获取电力系统中的模拟信号，并根据所述模拟信号选取多个小波基函数，以及依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数；
按照所述小波包分解层数分别使用不同的小波基函数对所述模拟信号进行小波包分解，得到各个小波基函数对应的各频带小波系数，并对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号；
将所述重构信号和所述模拟信号分别进行快速傅里叶变换后提取特征信息，并根据所述重构信号对应的特征信息以及所述模拟信号对应的特征信息选取最佳小波基函数，利用所述最佳小波基函数对所述电力系统中的间谐波进行检测。


2.根据权利要求1所述的基于小波包变换的间谐波检测方法，其特征在于，所述模拟信号包括模拟电压信号和模拟电流信号。


3.根据权利要求1所述的基于小波包变换的间谐波检测方法，其特征在于，所述根据所述模拟信号选取多个小波基函数的步骤，包括：
根据所述模拟信号的间谐波特征在小波基函数库中选取多个匹配的小波基函数。


4.根据权利要求1所述的基于小波包变换的间谐波检测方法，其特征在于，依据所述模拟信号的采样频率和基频确定小波包分解层数的计算公式为：



其中，fs为模拟信号的采样频率，ff为模拟信号的基频，N为小波包分解层数。


5.根据权利要求1所述的基于小波包变换的间谐波检测方法，其特征在于，所述对各个小波基函数对应的各频带小波系数进行单支重构后得到多个重构信号的步骤，包括：
采用Matlab重构算法分别将基于各个小波基函数进行小波包分解后获得的含有原始信号谐波和间谐波成分的各频带小波系数进行单支重构，得到多个重构信号的重构表达式如下：



其中，cj-1,k为第k个小波基函数中对应于j-1尺度空间的尺度系数，dj,k为第k个小波基函数中对应于j尺度空间的小波系数，h(m-2k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹家悦，李博，肖勇，曹敏，胡珊珊，刘斯扬，林伟斌，朱梦梦，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44