【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电网信号宽频测量，尤其涉及基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测方法和装置。
技术介绍
1、目前电网正向新型电力系统快速转型，其中大规模可再生能源通过电力电子装置并网，向电网注入了多种频率分量并且提供了宽频传播通路，使得电网运行形态日益宽频化。新能源并网和电力电子设备之间相互作用，易引发新型电磁振荡，振荡频率广泛分布在数hz至数千hz，对电网安全运行造成重大威胁。为实现数hz至数千hz范围内电网信号的快速检测和准确测量，从而为宽频信号的来源、传播路径监测以及安全控制等提供数据支撑，近几年人们提出了宽频测量概念，发展了相关技术并初步建立了宽频测量系统。
2、在宽频测量系统中，宽频测量装置的主要任务是实时发现和跟踪多目标宽频振荡信号(振荡监测)，并对包括宽频振荡信号在内的电网各主要分量的准确测量(宽频测量)。在新出台的宽频测量装置技术规范中，着重要求对次同步振荡(即2.5～45hz)、超同步振荡(55～95hz)和100～300hz内高频振荡的监测和精确测量，其中要求次/超同步振荡每次按幅值大小上报10个振荡分量，频率测量误差低于0.5hz，高频振荡同样上报10个频率分量，频率误差低于1hz。基于宽频振荡信号的随机特性和宽频测量技术规范的具体要求，宽频测量宜分解为信号检测和精细测量两个环节。由于测量结果直接用于系统预警，信号检测的首要任务是须要无遗漏、无虚警地检测出所有超过特定阈值的目标信号。信号检测不仅是实现精细测量的前提，准确、可靠的振荡信号检测本身就是宽频测量的核心任务。
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1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测方法，解决了现有信号检测方法无法实现精细测量的技术问题，保证了电网宽频振荡环境下多目标信号的可靠检测。
3、本申请的第二个目的在于提出一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测装置。
4、为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测方法，包括：根据待测信号的参数和检测要求，以可靠检测为目标，设置检测窗函数的性能指标；根据设置的性能指标定义检测窗函数的最优化设计问题，求解最优化设计问题，确定最优检测窗函数；以最优检测窗函数作为窗函数计算电网信号加窗stft，根据最优检测窗函数的性能指标设置谱峰搜索的参数，并对stft进行谱峰搜索，实现多目标信号检测。
5、本申请实施例的基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测方法，采用计算电网信号的加窗stft，通过搜索stft谱峰实现信号的可靠检测，其中，对最优检测窗函数的设计和对stft谱峰搜索算法的设置包括：窗函数设计根据具体的信号环境和检测性能要求定义技术指标和最优化问题，在保证无遗漏、无虚警的可靠检测前提下，最大化信号检测的时间和频率分辨力性能；谱峰搜索相关参数要与最优检测窗函数技术指标相匹配。
6、可选地，在本申请的一个实施例中，待测信号的参数包括待测信号的频带范围、最小幅值阈值及其与基波幅值之比、信噪比水平，检测要求包括频率分辨率要求和时间分辨率要求。
7、可选地，在本申请的一个实施例中，定义检测窗函数的频谱特性的性能指标为：
8、
9、其中，w(ω)表示检测窗函数的傅里叶变换，ωd＝2πfd/fs，ωr＝2πfr/fs，bw＝2/td，fs为电网信号采样频率，fr为待测信号频带与基波工频最小频率距离，fd为待测信号最小频率分辨间隔，td为检测窗函数的物理长度，td＝(nd-1)/fs，nd表示窗函数长度；
10、定义检测窗函数的频谱特性指标要求为：
11、gw≤γ
12、其中，ε为允许的邻近强干扰频谱泄漏因子，γ为允许的噪声增益，γ为待测正弦信号幅值阈值，为γ与基波幅值比值，为γ与最强非基波信号值比值。
13、可选地，在本申请的一个实施例中，检测窗函数的表达式为：
14、
15、其中，n表示窗函数长度，k表示余弦类窗函数阶数，ak表示各阶余弦函数的系数；
16、检测窗函数的约束包括归一化约束和带外深度衰减约束，归一化约束表示为：
17、
18、其中，k表示余弦类窗函数阶数，ak表示各阶余弦函数的系数；
19、带外深度衰减约束表示为：
20、
21、其中，fi表示施加约束的频率，fc、fh分别表示施加约束的频带的下边界和上边界；
22、带外深度约束的权重表示为：
23、
24、其中，0≤λ0<λ1≤1，fm将频带[fc,fh]划分为两个区间[fc,fm]和(fm,fh]，λ0和λ1分别表示这两个区间内深度衰减约束对应的权重。
25、可选地，在本申请的一个实施例中，检测窗函数的最优化设计问题表示为：
26、
27、其中，nd表示检测数据窗长度，γ为待测正弦信号幅值阈值，为γ与基波幅值比值，为γ与基波之外最强待检测信号幅值的比值，γ表示允许的噪声增益。
28、可选地，在本申请的一个实施例中，stft的表达式为：
29、
30、其中，xt[n]＝x(t+n/fs)，xt[n]为电网信号采样序列，w[n]表示最优检测窗函数，fs为电网信号采样频率，δf为stft频域采样间隔。
31、可选地，在本申请的一个实施例中，谱峰搜索的过程包括：
32、步骤s1：根据检测频带范围初始化搜索区域为m1<m<m2，谱峰位置下标集cj为空集；
33、步骤s2：在有效搜索区域内搜寻最高谱峰，谱峰位置为m1，满足|xt[m1]|>|xt[m1-1]|且|xt[m1]|>|xt[m1+1]|，若|xt[m1]|>γ，则更新cj←cj∪{m}，并设置m1-fd/δf<m<m1+fd/δf区域为无效搜索区域；
34、步骤s3：重复步骤s2，直到|xt[m1]|<γ或有效区域内不存在谱峰，输出检测结果，其中，检测结果包括：当前数据窗内正弦波的有效值和频率参考值分别为|xt[m]|和mδf，m∈cj。
35、为达上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测装置，包括性能指标设置模块、最优检测窗函数确定模块、信号检测模块，其中，
36、性能指标设置模块，用于根据待测信号的参数和检测要求，以可靠检测为目标，设置检测窗函数的性能指标；
37、最优检测窗函数确定模块，用于根据设置的性能指标定义检测窗函数的最优化设计问题，求解最优化设计问题，确定最优检测窗函数；
38、信号检测模块，用于以最优检测窗函数作为窗函数计算电网信号加窗stft，根据最优检测窗函数的性能指标本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测信号的参数包括待测信号的频带范围、最小幅值阈值及其与基波幅值之比、信噪比水平，所述检测要求包括频率分辨率要求和时间分辨率要求。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，定义检测窗函数的频谱特性的性能指标为：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测窗函数的表达式为：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测窗函数的最优化设计问题表示为：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述STFT的表达式为：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述谱峰搜索的过程包括：
8.一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测装置，其特征在于，包括性能指标设置模块、最优检测窗函数确定模块、信号检测模块，其中，
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述待测信号的参数包括待测信号的频带范围、最小幅值阈值及其与基波幅值之比、信噪比水平，所述检测
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述谱峰搜索的过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于最优检测窗函数设计的电网宽频带内多信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测信号的参数包括待测信号的频带范围、最小幅值阈值及其与基波幅值之比、信噪比水平，所述检测要求包括频率分辨率要求和时间分辨率要求。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，定义检测窗函数的频谱特性的性能指标为：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测窗函数的表达式为：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测窗函数的最优化设计问题表示为：
6.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪芙平，裴茂林，黄松岭，王泽斌，王毅，范亚军，田校军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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