[發明專利]基于三角-矩形混合卷積窗及加速PSO算法的間諧波檢測方法

有效

• 申請號: 201810707645.7
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108957128B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 徐艷春;杜于飛;李振興;李振華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

基于三角?矩形混合卷積窗及加速粒子群優化算法的間諧波檢測方法，其步驟如下：首先，通過電力互感器將電網電流/電壓信號轉換為二次側離散信號；其次，構造與該信號長度一致的三角?矩形混合卷積窗，將其與信號相乘；然后，對加窗信號進行離散傅里葉變換，并在頻域中找到合適的譜線構造插值公式；繼而，按照常規的插值算法，預計算出局部區域內所有正弦波的參數；最后，將預計算的結果整理成矩陣，作為初始粒子代入加速的PSO算法。通過迭代對粒子進行優化，從而獲得精度較高的諧波參數。該方法避免了分解受主瓣干擾的頻譜，通過進化類算法優化預計算的解。因此，該方法能夠穩定提高檢測精度，且具較強泛用性。

技術領域

本發明屬于電力系統諧波信號檢測技術領域，具體是一種基于三角-矩形混合卷積窗及加速PSO算法的間諧波檢測方法。

背景技術

諧波檢測是電能質量檢測的重要任務之一。隨著大量非線性元件引入電網，間諧波的治理越來越重要。相較于常規的諧波檢測，頻率不規律的間諧波易在頻域中造成主瓣干擾。由于傳統的插值DFT算法通過頻域內的譜線計算諧波參數，主瓣干擾的出現會嚴重降低其檢測精度。在間諧波的治理問題上，小波變換及類似的原子算法能夠較好地分解頻域信息。相較于傳統的插值DFT算法，該類方法避免了分析受干擾譜線。但該類方法的問題在于，算法中的基底并不與正弦波的頻譜完全一致。這導致頻域中的分解過程始終無法達到盡善盡美。因此，在解決間諧波造成的主瓣干擾問題上，現有算法還有較大改善空間。

發明內容

為解決間諧波與相鄰正弦波頻率相近所造成的主瓣干擾現象，本發明公開了一種基于三角-矩形混合卷積窗及加速PSO算法的間諧波檢測方法。該方法先采用插值DFT算法，預計算出一組較大致合理的數值解，再運用加速的PSO算法對該解的精度進行優化。相較于單純的頻域譜線分析方法而言，該方法能夠避免分析受干擾譜線；且在重構頻域中各矢量時，能夠脫離基底的限制，生成與正弦波輪廓更貼近的譜線。因此，該算法具有更好的檢測精度。

本發明采取的技術方案為：

基于三角-矩形混合卷積窗及加速PSO算法的間諧波檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：通過電流互感器，將高壓側電流轉換到低壓側可供儀器采樣的離散信號；

步驟2：構造與離散信號長度一致的混合卷積窗，并對該混合卷積窗的主瓣進行多項式擬合，獲得大致的主瓣輪廓；

步驟3：將步驟2所構造出的窗函數與離散信號相乘，并對乘積進行離散傅里葉變換DFT，獲得信號的頻譜信息；

步驟4：搜索頻域上各峰值，判斷局部是否存在主瓣干擾現象；

步驟5：對于存在主瓣干擾的區域，選擇受主瓣干擾較輕的譜線建立插值公式，進而預計算出一組諧波參數的解；

步驟6；以步驟5中預計算的解作為初始值，通過加速的PSO算法改善其精度。

步驟1中，所述離散信號通常為電流信號，特殊情況下也包含電壓信號。由于計算機、開發版等儀器無法處理連續信號，因此需通過采樣儀器將連續信號轉換成離散信號，然后運用儀器進行分析。通常檢測中，通過采樣所獲得的信號為離散電流信號，少數情況下，也對離散電壓信號進行檢測。其特征在于，該信號為能夠被儀器或計算機識別的、離散的電流或電壓信號。

步驟2中，所述混合卷積窗的階數允許為4、8、16，且構成該卷積窗的各單元只能為三角窗或矩形窗。在窗的階數方面，高階的卷積窗能夠較好地抑制頻譜泄漏、旁瓣干擾等誤差，使后續的PSO算法避免不必要的分析；而在卷積單元的選擇方面，三角窗和矩形窗所對應的離散傅里葉變換，在單個頻點上僅生成一個相量，這一特征有助于提高PSO算法的計算效率。其特征在于，混合卷積窗的階數通常在4階以上。且構成該窗的單元只能為三角窗或矩形窗。