[发明专利]一种基于多分辨率短时傅里叶变换的动态谐波电能计量方法

权利要求书

1.一种基于多分辨率短时傅里叶变换的谐波电能计量方法，其特征在于：采用具有多时频分辨率的多项式卷积窗对采样后的电流和电压信号进行加权处理，然后进行短时傅里叶变换，计算电压、电流的基波和各次谐波的频率、幅值和相位，最后计算瞬时功率和谐波电能，具体包括以下步骤：

步骤一，对时域连续电压信号u(t)和电流信号i(t)以采样频率f_s进行采样，得到N点离散电压序列U(n)、离散电流序列I(n)，n＝0，1，2，…，N-1；

步骤二，用长度为L(g)，步进为L(g)/2的多项式卷积窗w(n)对离散采样序列加权，其中长度为L(g)的具有多时频分辨率的多项式卷积窗w(n)由长度分别为L(g)/2的离散多项式窗w_poly(n)通过w(n)＝w_poly(n)*w_poly(n)卷积获得，符号“*”表示卷积运算；窗长度L(g)取值为2的幂次，其由基波频率变化量和最大频谱幅值变化量决定，公式为：式中，Δf为基波频率变化量，ΔA为最大频谱幅值变化量，a、b分别为Δf、ΔA的加权系数，符号表示向上取整； 然后进行短时傅里叶变换，得到短时傅里叶变换矩阵F_STFT(g,j)，其中g和j分别表示时域和频域坐标，g＝1，2，…，其取值上限与窗函数长度L(g)和离散序列长度N相关，j＝1，2，…，max(L(g))，max(·)表示取最大值；

步骤三，计算F_STFT(g,j)幅值矩阵|F_STFT(g,j)|中g对应时刻基波和各次谐波频率范围内[50m-15，50m+15]的所有极值点K_m(g)，其中m＝1，2，…，H，H为电压和电流信号所含有的最高谐波次数，当m＝1表示基波，m＝2，…，H表示谐波；

步骤四，根据极值点K_m(g)的大小及所在谱线位置k_m(g)，计算电压和电流信号的基波、各次谐波的频率f_m(g)、幅值A_m(g)和相位以及各次谐波的存在时长集合T_sm，即当g∈T_sm，则表示在g时刻存在m次谐波成分，当则表示在g时刻不存在m次谐波成分；

步骤五，根据功率计算公式求得基波功率和各次谐波功率，式中A_Um(g)、A_Im(g)分别表示电压和电流信号g时刻m次谐波的幅值，分别表示电压和电流信号g时刻m次谐波的相位，再根据短时傅里叶变换动态电能计算公式得到电能计量结果，式中t_em(g)为g对应时刻所表示的时长。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，各次谐波存在时长集合T_sm通过判断g对应时刻是否含有m次谐波得出，判断标准为：若表示在g对应时刻，采样信号中不存在m次谐波，即若表示在g对应时刻，采样信号中含有m次谐波，则g∈T_sm。