[发明专利]基于改进EMD端点效应的电力系统HHT谐波检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统谐波检测领域，特别是一种基于改进EMD端点效应的电力系统HHT谐波检测方法。

背景技术

电力系统谐波是电力质量的重要指标之一，谐波的存在直接影响到电力用户的正常用电。对电力系统谐波进行检测是处理电力系统谐波问题的基础，为保证高质量的供电，必须对电力系统谐波进行检测。

目前，常用的电力系统谐波检测方法主要有模拟滤波器法、基于瞬时无功功率的谐波检测法、基于傅里叶变换的谐波检测法以及基于小波变换的谐波检测法等几种方法。模拟滤波器电路实现容易、成本低，但是易受环境影响，检测精度不能保证；基于无功功率理论的谐波检测方法能够精确检测谐波，检测电路比较简单，但是在用低通滤波器提取直流分量时，会有一个电源周期的延时；基于快速傅氏变换(FFT)检测法的优点是可以选择拟消除的谐波次数，缺点是延时较长，实时性稍差；小波变换虽然能将信号在不同尺度下进行多分辨分解，但小波变换本质是一种基于基函数展开的理论，信号分析很大程度上依赖基函数的选择，而对一个具体问题而言，最优基的选择没有确定的规则可循，造成分析不理想，只适合瞬态和非平稳信号。

希尔伯特-黄(HHT)算法是在1998年由美籍华人黄锷(Norden E.Huang)提出的，该算法是一种新型的时频分析方法，解决了原有时频分析方法的不足之处，适用于非线性非平稳信号的处理, 自提出之后就在各领域得到了广泛的应用。HHT算法先用经验模态分解方法(EMD）获得有限数目的固有模态函数(Intrinsic Mode Function，简称IMF)，然后再利用Hilbert变换和瞬时频率方法获得信号的时域频谱。但在边界处理、模态混叠和曲线拟合等方面还存在缺陷与不足，从而影响了HHT的分析效果，需要对其进行优化和改进。因此，本发明在综合比较了各种电力系统谐波检测的方法后，采用了HHT算法对电力系统谐波进行检测，并在原有算法的基础上，选择边界处理为出发点，对EMD端点效应进行改进。并应用于电力系统谐波检测，不仅对希尔伯特-黄变换的研究和推广有重要意义，也是与电力系统谐波检测相结合的有益探索。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进EMD端点效应的电力系统HHT谐波检测方法，该方法有利于提高对电力系统谐波的检测，从而提高谐波辨识能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于改进EMD端点效应的电力系统HHT谐波检测方法，采用镜像延拓的方法对端点效应进行改进，利用改进之后的镜像法对电力系统谐波进行EMD分解，并利用Hilbert变换对经过EMD分解之后的电力系统谐波分解得到该谐波信号的时频特性，其具体步骤如下：

步骤S1：选取极值点和端点值为参数变量，定义 k为固有模态函数迭代次数，k=0,1,2,···n;m为固有模态函数阶数，m=1,2,3···n;选取经过滤波之后的电力系统谐波信号                                                进行分析；

步骤S2：令剩余分量，如果是单调函数，则输出结果，否则转步骤S3；

步骤S3：对电力系统谐波进行分析，首先获取极大值点时间序列、极小值点时间序列、左端点值和右端点值，然后采用镜面选取原则确定左镜面以及右镜面的放置位置；其中，和表示极值点在整个电力系统谐波信号数据中极值点出现的时间顺序序列，i=0,1,2,···n；

步骤S4：利用放置好的镜面对电力系统谐波信号进行镜像延拓，左右端部根据镜面选取原则分别延拓一个周期；

步骤S5：对左右端部分分别经过镜像延拓一个周期之后的电力系统谐波信号，根据三次样条插值法对其进行包络，得到上下包络线，分别记为和；取包络线的均值，并计算包络线均值与电力系统谐波信号的差；

步骤S6：对进行IMF判定，如果满足如下条件：

（1）极值点和过零点的数目应该相等或至多差一个；

（2）分别连接其局部最大值和局部最小值所形成的包络线的均值在任意一点处为零，即信号关于时间轴局部对称；

则将作为电力系统谐波信号的第一个IMF分量，否则将作为新的电力系统谐波信号，转步骤S3，并重复k次，得到，利用的值来判断每次筛选结果是否满足IMF条件：

式中，为对重复次所得的分量，的取值范围通常在0.2~0.3；满足的要求时，则将作为电力系统谐波信号的第一阶IMF分量，记为，将从电力系统谐波信号中分离出来得到剩余分量：