[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

摘要

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FSTFT(g,j)；第三，应用最小二乘曲线拟合法，求出幅值矩阵|FSTFT(g,j)|中所有极值点Km(g)；第四，根据极值点Km(g)，计算基波和谐波的频率、幅值和相位，以及时长集合Tsm；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。

主权项

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fs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，然后进行短时傅里叶变换，得到短时傅里叶变换矩阵FSTFT(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FSTFT(g,j)幅值矩阵|FSTFT(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Km(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Km(g)的大小及所在谱线位置km(g)，计算电压和电流信号的基波、各次谐波的频率fm(g)、幅值Am(g)和相位以及各次谐波的存在时长集合Tsm，即当g∈Tsm，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，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。