[發明專利]一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法

有效

• 申請號: 201110130715.5
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102323480A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 劉志剛;李文帆
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R23/165
• 分類號: G01R23/165;G01R19/25
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

1.一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法，包括電能質量實測數據采集部分和電能質量分析部分：電能質量實測數據采集部分實現電能質量數據的獲取，主要功能為信號調理和數據采集；電能質量分析部分具有數據接口模塊、算法模塊、顯示存儲模塊，實現對電能質量的分析，其具體工作步驟包含：

A、電能質量實測數據采集

信號調理電路對電壓互感器或電流互感器二次側電壓或電流進行濾波，再通過霍爾傳感器將其轉化為適于A/D轉換的電壓信號；以單片機為核心的數據采集系統將經過信號調理后的電壓進行A/D轉換，通過RS-232串口通信的方式將得到的數據傳輸給后臺電能質量分析部分；

B、Hilbert-Huang變換分析

電能質量分析部分部分經過數據接口獲取實測電能質量數據或PSCAD/EMTDC仿真數據后，即進入以Hilbert-Huang變換為核心的算法模塊實現電能質量的分析，并由顯示輸出模塊輸出檢測結果；其方法是：

對數據x(t)進行經驗模態分解；對于暫態擾動信號，通過對高頻分量的固有模態函數進行Hilbert-Huang變換，求取瞬時幅值和瞬時頻率，檢測出擾動發生終止時刻，擾動起至時的高頻突變量，擾動幅值與頻率變化過程詳細信息；對穩態諧波信號，則對每一個固有模態函數求幅值和頻率，所求結果對應原信號的每一個諧波成分；Hilbert-Huang分析電能質量具體做法是：

對電能質量信號x(t)，經過經驗模態分解，分解成n個具瞬時頻率意義的固有模態函數c_i(i＝1，2，……，n)與一個余量r的和，表示為：

x(t)=Σi=1nci+r]]>

求取固有模態函數c_i的瞬時幅值與瞬時頻率，首先求c_i(t)的Hilbert變換

c^i(t)=1π∫-∞∞ci(τ)t-τdτ]]>

構造c_i(t)的解析函數z_i(t)：

zi(t)=ci(t)+jc^i(t)]]>

分別得到幅值函數a_i(t)與相位函數

ai(t)=ci2(t)+c^i2(t)]]>

相應可以求出瞬時頻率f_i(t)：

C、模態混疊處理

在對暫態振蕩信號和諧波信號分析時，經驗模態分解有時不能實現正確篩分，所得分解結果失去意義，需對分析方法進行改進；

對暫態振蕩信號分析發生模態混疊，采用疊加高頻強信號的方法改善模態混疊問題；即：直接用經驗模態分解獲得第一個固有模態函數，求其瞬時頻率與瞬時幅值，所得頻率可反應振蕩頻率，并據所求的頻率值與幅值構造高頻強信號為Δx(t)，疊加到原信號，對疊加后的新信號進行經驗模態分解，用得到的新的高頻固有模態函數減去所加高頻強信號，再通過求商的瞬時幅值得到振蕩的幅值變化；

針對諧波信號分析發生模態混疊采用基于傅立葉變換的經驗模態方法，具體做法為：先對信號進行傅立葉變換分析，將各頻率成分對應的幅值按最大值歸一化，以歸一化后幅值大于指定值的頻率點作為濾波器設計參數，生成濾波器對各頻率點濾波，使各固有模態函數分離開，再分別進行Hilbert-Huang分析。