[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

说明书

本发明公开了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，该方法主要步骤为：第一，对电压电流信号离散采样，获得N点采样序列U(n)、I(n)；第二，应用多项式卷积窗对采样序列U(n)、I(n)加权并进行短时傅里叶变换，获得信号的时频矩阵F_STFT(g,j)；第三，应用最小二乘曲线拟合法，求出幅值矩阵|F_STFT(g,j)|中所有极值点K_m(g)；第四，根据极值点K_m(g)，计算基波和谐波的频率、幅值和相位，以及时长集合T_sm；第五，根据功率计算公式，求得基波和各次谐波功率，再通过短时傅里叶变换动态电能计算公式得到电能计量结果。该方法以多分辨率短时傅里叶变换为基础，分析基波和动态谐波的频域特性和时域特性，可准确进行动态谐波电能计量，满足现代电力系统动态电能计量的要求。

技术领域

本发明属于电力系统电能计量领域，涉及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。

背景技术

我国经济的不断发展导致国内电力需求旺盛，远距离、大规模输电网络的建设以及各种非线性负载的大量使用，电能质量问题日益严重，其中最严重的为谐波。我国电力系统标准频率为50Hz，电压、电流均为50Hz的标准正弦波，但是由于受到各种干扰影响，在实际电力系统中，电压电流波形总在不同程度上产生畸变，形成非正弦波形，即出现谐波，且由于多变的用电环境，使谐波出现了更多的时域特征，形成动态谐波。

一般情况下，当谐波问题不严重时，基波电能计量误差很小，对系统来说是允许的；但当谐波问题很严重且用电量很大时，只计量基波电能将给电力相关公司或用户带来不容忽视的经济损失；在非线性系统中，线性负荷所消耗的总功率为基波功率与谐波功率之和，其吸收的能量大于基波能量；非线性负荷所消耗的总功率为其吸收的基波功率与其向电网发出的谐波功率之差，其吸收的能量小于进入非线性负载的基波能量，且动态谐波时频特性复杂，难以准确测量其时频参数。由于现有电能计量方法未考虑动态谐波情况下的电能计量，难以满足现在电力系统电能测量需要。如何构建一种既能够分别计量基波电能和谐波电能，还可以准确测量谐波动态特性参数以便更加精确的计量谐波电能的新方法成为供电部门和用户都亟需解决的难题。

本发明提出的方法，解决了动态谐波情况下传统电能计量方法难以准确进行电能计量的难题，同时也为动态基波电能计量提供了解决思路。采用多分辨率短时傅里叶变换，可在快速得到电压电流信号时频分析结果的基础上，进一步提高其时频参数测量精度，通过最小二乘曲线拟合并求极值，可快速确定信号谐波成分，利用双谱线插值算法可准确计算基波和谐波参数，通过阈值判断谐波时域特性后，应用短时傅里叶动态电能计量公式获得动态谐波条件下的电能计量结果。本方法计算过程简单，时频分辨率可调，动态谐波时频特性测量准确，为电力系统动态谐波电能计量提供了一条有效的途径。

发明内容

本发明提出的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，解决了动态谐波情况下传统电能计量方法难以准确进行电能计量的难题，同时也为动态基波电能计量提供了解决思路。采用多分辨率短时傅里叶变换，可在快速得到电压电流信号时频分析结果的基础上，进一步提高其时频参数测量精度，通过最小二乘曲线拟合并求极值，可快速确定信号谐波成分，利用双谱线插值算法可准确计算基波和谐波参数，通过阈值判断谐波时域特性后，应用短时傅里叶动态电能计量公式获得动态谐波条件下的电能计量结果。本方法计算过程简单，具有多时频分辨率且计算量小，能够实现动态谐波条件下电能的准确计量。