[發明專利]基于改進FFT算法與小波變換結合的諧波檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202211546331.6
• 申請日: 2022-12-05
• 公開（公告）號: CN115575707A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 肖春;姚俊峰;張俊偉;李俊午;張建民;王暉南;劉佳易;趙園;高飛
• 申請（專利權）人: 國網山西省電力公司營銷服務中心
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G06F17/14
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 孟肖陽;冷錦超

本發明提供了基于改進FFT算法與小波變換結合的諧波檢測裝置及方法，屬于電力系統諧波檢測技術領域；解決了電力系統非線性負載引起的諧波問題；包括采集模塊、小波變換模塊、加窗插值模塊、FFT模塊、輸出模塊，小波變換模塊將諧波信號分解為高頻暫態分量和低頻穩態分量，并通過小波分析檢測出信號中含有的各次諧波分析諧波暫態部分的時域特性，通過模極大值理論分析出信號中各個突變點的位置；加窗插值模塊將低頻穩態分量部分加窗截斷得到離散的信號，FFT模塊對經過加窗截斷后的穩態部分進行快速傅里葉變換，將時域信號轉換為頻域信號，再通過雙譜線插值算法來修正頻譜信息中非同步采樣引起的誤差；本發明應用于電力系統諧波檢測。

技術領域

本發明提供了一種基于改進FFT算法與小波變換結合的諧波檢測裝置及方法，屬于電力系統諧波檢測技術領域。

背景技術

現代電力電子技術取得了飛速的發展，大量非線性負載的投入使用給人們的工作生活帶來了便利的同時，也帶來了諸多挑戰。諧波污染作為眾多問題之一，給我們的供配電工作、電力設備生產以及各級電力用戶都造成很大的影響，如果能對電力系統中的諧波進行有效的檢測，將會給諧波治理工作帶來很大的幫助，對整個電力系統的安全穩定運行也有十分重要的意義。

傅里葉變換作為一種傳統的諧波檢測方法，適用于穩定信號的分析，能夠確定平穩信號中各次諧波的電力參數，但對非穩定信號的分析起不到良好的作用。小波變換作為FFT的延伸，具有時域和頻域的雙重分辨率，不僅能夠得到信號的頻域信息，還能夠得到信號的時域信息，對暫態諧波和突變信號能進行有效的分析。因此，FFT與小波變換結合的諧波檢測方法綜合了兩者的優勢，能夠同時檢測出穩態與非穩態信號。

FFT在應用中有柵欄效應和頻譜泄露的缺點，對于柵欄效應，通常采用插值FFT算法解決，對于頻譜泄露，一般采用加窗FFT解決。本發明采用布萊克曼哈里斯窗雙譜線插值改進FFT算法，有效解決柵欄效應和頻譜泄露問題。

發明內容

本發明為了解決電力系統非線性負載引起的諧波問題，對常規FFT技術諧波檢測的方法進行了改進，提出了一種基于改進FFT算法與小波變換結合的諧波檢測裝置及方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：基于改進FFT算法與小波變換結合的諧波檢測裝置，包括采集模塊、小波變換模塊、加窗插值模塊、FFT模塊、輸出模塊，所述采集模塊采集電力系統的信號，作為小波變換模塊的輸入；

所述小波變換模塊用于對采集的諧波信號進行四層小波分解為高頻暫態分量和低頻穩態分量兩部分，并通過小波分析檢測出信號中含有的各次諧波分析諧波暫態部分的時域特性，通過模極大值理論分析出信號中各個突變點的位置；

所述加窗插值模塊對通過小波變換模塊得到的低頻穩態分量部分通過加布萊克曼哈里斯窗截斷得到離散的信號，所述FFT模塊對經過加窗截斷后的穩態部分進行快速傅里葉變換，將時域信號轉換為頻域信號，得到頻譜信息，再通過加窗插值模塊中的雙譜線插值算法來修正頻譜信息中非同步采樣引起的誤差，得到各次諧波的分量值，并通過輸出模塊輸出基波和各諧波的幅值與頻率。

本發明結合了小波變換和改進FFT算法各自的優勢，首先，利用小波變換將信號分解為高頻暫態分量和低頻穩態分量部分，對于暫態諧波和突變以及間斷點等奇異信號分量進行模極大值的分析；對于穩態信號進行基于布萊克曼哈里斯窗雙譜線插值FFT，對各次諧波進行計算從而得到所需諧波參數，既能檢測瞬態信號，又能精確地提取到基波和各次諧波分量的幅值。

本發明綜合了FFT與小波變換的優勢，能夠同時檢測出穩態與非穩態信號：先用小波變換分解信號，再利用改進傅里葉變換對低頻信號進行分析，同時對高頻信號進行小波分析得出信號突變點等信息。