基于改进广义S变换的电能质量扰动信号分析方法

发布时间：2019-07-16 07:15

【摘要】：现代电力系统的网络结构和负荷结构都在发生巨大变化,分布式电源并网、高速列车等一系列非线性负载投运、电力电子设备的迅速发展,导致电能质量问题日趋严重,受到供电部门和用户的高度关注。快速准确检测电能质量参数和识别电能质量扰动类型对电能质量的治理和提高具有重要意义。本文研究广义S变换,并将其应用于电能质量扰动信号分析,实现谐波、间谐波实时检测和电能质量扰动识别。谐波、间谐波检测是电能质量扰动信号检测的最重要内容之一。针对谐波、间谐波检测中谐波对间谐波的干扰等难点问题,提出了一种基于快速自适应离散广义S变换的谐波、间谐波检测方法。首先,利用快速傅里叶变换估计信号频率；其次,应用折叠窗解决由于信号局部离散化引起的频谱混叠,并自适应选择窗函数参数,缩小频域分析范围,节省计算时间,获得更加可靠的时频信息。上述措施能有效抑制谐波、间谐波及噪声之间的相互干扰,提高扰动信号谐波、问谐波参数及时间定位的估计精度。含稳态和动态谐波、间谐波的电气信号的具体算例分析结果,验证了该方法的有效性。从海量的扰动信号中提取扰动特征并自动分类,是电能质量分析与治理的基础。提出了一种基于快速自适应双高斯广义S变换和判别树的扰动类型识别方法。首先,对信号进行快速傅里叶变换,且基于最大噪声功率设置阈值来屏蔽冗余信息,达到加快运算速度的目的；其次,用双高斯窗替代传统高斯窗,解决传统广义S变换检测扰动起止时间的幅值曲线变化缓慢的问题,并通过自适应选择双高斯窗参数,信号经变换后得到的时频矩阵信息更加可靠;最后,引入新的电能质量扰动指标,准确估计扰动起止时间,提取有效特征信息,设计分类判别树识别扰动类型。借助Matlab R2010b仿真平台,通过12种电能质量扰动信号的分析结果,检验了算法的可行性。
文内图片：图２．２信号＆0）的渡形图逡逑

图片说明：信号经Ｓ变换后的得到一个二维复时频矩阵，分析结果通常可用二维等高线逡逑图、Ｈ维立体图和灰度图等直观地表示。下面Ｗ实例简要分析Ｓ变换的时频特性。逡逑构造一个存在４个频率成分的合成信号，波形如图２．２所示，其具体数学表达逡逑式如下：逡逑片［０：１９９］二邋ｃｏｓ（ｌ邋００邋孔ｆ）逡逑片［２００：２９９］邋＝邋ｃｏｓ（ｌ邋００邋开／）邋＋邋０．５邋ｃｏｓ（ｌ邋５００孔。逡逑？邋＾［３００：４９９］邋＝邋ｃｏｓ（１０0７１0逦口．２７）逡逑片［５００：６９９］邋＝邋ｃｏｓ（３０0７１0逡逑／７［７００：９９９］邋＝邋ｃｏｓ（１１０0７ｒ0逡逑其中，采样点Ｎ＝１０００，包含５０ＨＺ、１５０ＨＺ、５５０ＨＺ和パ０ＨＺ频率成分，采样逡逑频率为ｌＯｋＨｚ。逡逑ＩｖＷ逡逑－１５邋Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦！逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逡逑０逦１００逦２００逦３００逦４００逦５００逦６００逦７００逦８００逦９００逦１０００逡逑采样点逡逑图２．２信号＆0）的渡形图逡逑１５逡逑
文内图片：

图片说明：，，姦逡逑图２．３信号Ａ的经Ｓ变换后的Ｈ维图逡逑在图２．３中不同的颜色分别代表不同的频率成分，从图形中可Ｗ直观地看出逡逑信号Ｗ０是一个非平稳信号。图２．４中不同颜色代表不同的振幅强度，从图可Ｗ看逡逑出Ｓ变换在低频部分有较高的频率分辨率，在高频部分保持较好的时间分辨率。逡逑同样能够很清楚地看到原始信号所包含的４个频率成分，且能直观地反应信号在逡逑各时间段的幅频分布，同时每个频率成分的时间分布也能获得。逡逑１０００逦Ｉ逦Ｉ逦１逦Ｉ逦Ｉ逦［逦Ｉ逦１逦１逦逡逑８００邋－逦－逡逑５＾６００－逦－逡逑焉４００－逦－逡逑２００邋－逦ｎ逦—逡逑－逦－－－．ｊ－逦，逦逦邋■，邋－ｉ—品．六Ｉ：：；．：．若逡逑１００逦２００逦３００逦４００逦５００逦６００逦７００逦８００逦９００逦１０００逡逑采样点逡逑图２．４信号／ｚ（0经Ｓ变换后的二维等高线图逡逑２．６广义Ｓ变换逡逑Ｓ变换虽然具有良好的时频特性且结果可Ｗ用二维或兰维时频图直观反逡逑应，但由于Ｓ变换中的基波函数形态固定，这使得其在应用的过程中受到限制，逡逑诸多学者对Ｓ变换进行推广
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM711

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