[發(fā)明專利]一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110130715.5
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102323480A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀。

背景技術

電能作為人類社會生產活動的一種商品，需要講求質量，高質量的電能對保證電網(wǎng)和電氣設備的安全、經(jīng)濟運行，提高產品的質量、產量和人們正常生活都有著重要的意義。所以，對電能質量的檢測分析就顯得非常重要。現(xiàn)代電能質量分析裝置所分析的對象多為一些穩(wěn)態(tài)指標的傳統(tǒng)電能質量，電能質量暫態(tài)擾動的實用化分析裝置發(fā)展緩慢。隨著信號處理技術的發(fā)展，為分析暫態(tài)電能質量問題提供了有效的途徑。

傅立葉變換是最常用的電力系統(tǒng)信號分析方法，王利猛等在文獻[王利猛，李國慶，王振浩，石磊.基于80C196和VC的電網(wǎng)諧波檢測與分析系統(tǒng)實現(xiàn).電測與儀表，2009，46(521)：57-59.]研制了一套基于傅立葉算法的諧波分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)只適于穩(wěn)態(tài)諧波分析，不適宜非平穩(wěn)的時變諧波信號分析，而且功能單一。小波變換分析方法是目前電力系統(tǒng)暫態(tài)信號分析領域最為廣泛的方法之一，該方法對非平穩(wěn)信號的時變性給予了恰當?shù)拿枋觯倪M了傅立葉變換方法的不足，鄭賀偉和胡鵬程在文獻[鄭賀偉，胡鵬程.基于虛擬儀器的暫態(tài)電能質量實時監(jiān)測系統(tǒng).電測與儀表，2010，47(30)：52-55.]以小波變換為核心算法，開發(fā)出一套暫態(tài)電能質量分析系統(tǒng)，但小波分析最終理論依據(jù)依然是傅立葉變換，因而不可避免地暴露出某些局限性，影響了系統(tǒng)的實用性。所以，可以從尋求性能更為優(yōu)異的信號分析方法作為主算法來開發(fā)出電能質量分析儀，以提高分析儀的實際應用價值。

Hilbert-Huang變換是一種新的信號處理方法，該理論突破了傅立葉變換的局限，是一種自適應的具有良好時頻聚集性的方法。目前，該方法在實際電力系統(tǒng)分析中得到了較好的應用。Hilbert-Huang變換應用于電能質量分析，基本是以Matlab編寫腳本語言實現(xiàn)，不適于實際分析，因此，有必要開發(fā)相關裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的提出一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀。該分析儀以Hilbert-Huang變換為核心算法，既能準確捕捉非平穩(wěn)電能質量的瞬時特性，獲取其突變參數(shù)，以分析電能質量的暫態(tài)擾動；又能實現(xiàn)對穩(wěn)態(tài)的諧波信號檢測分析。該分析儀包含兩種檢測分析模式：仿真分析模式與實測分析模式。通過與PSCAD/EMTDC仿真數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的理論研究；通過實測數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對電網(wǎng)電能質量檢測，以分析電力系統(tǒng)實際運行狀況。本發(fā)明所分析的電能質量問題有電壓暫升，電壓暫降，電壓中斷，暫態(tài)振蕩，暫態(tài)脈沖，諧波等。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。

一種基于Hilbert-Huang變換的電能質量分析儀，包括電能質量實測數(shù)據(jù)采集部分和電能質量分析部分：電能質量實測數(shù)據(jù)采集部分實現(xiàn)電能質量數(shù)據(jù)的獲取，主要功能為信號調理和數(shù)據(jù)采集；電能質量分析部分具有數(shù)據(jù)接口模塊、算法模塊、顯示存儲模塊，實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將經(jīng)過信號調理后的電壓進行A/D轉換，通過串口通信的方式將得到的數(shù)據(jù)傳輸給后臺電能質量分析部分，后者一般即為含有分析軟件的計算機。

B、Hilbert-Huang變換分析

軟件部分經(jīng)過數(shù)據(jù)接口獲取實測電能質量數(shù)據(jù)或PSCAD/EMTDC仿真數(shù)據(jù)后，即可進入以Hilbert-Huang變換為核心的算法模塊實現(xiàn)電能質量的分析，并由顯示輸出模塊輸出檢測結果。具體做法是：

對數(shù)據(jù)x(t)進行經(jīng)驗模態(tài)分解，原信號x(t)分為一系列具有瞬時頻率意義的固有模態(tài)函數(shù)的組合。對于暫態(tài)擾動信號，通過對高頻分量的固有模態(tài)函數(shù)進行Hilbert-Huang變換，求取瞬時幅值和瞬時頻率，則能檢測出擾動發(fā)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等詳細信息；對穩(wěn)態(tài)諧波信號，則對每一個固有模態(tài)函數(shù)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分析具體做法是：

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