[发明专利]电弧炉电流信号检测中抑制谐波及间谐波噪声的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力工业谐波及间谐波的检测技术领域，尤其是涉及一种电弧炉电流信号检测中抑制谐波及间谐波噪声的方法。

背景技术

非线性元件的大量使用，使电网面临严重的谐波污染，既有与基波成整数倍的谐波，又有与基波成非整数倍的间谐波。对谐波及间谐波的准确检测，有助于分析电网谐波及治理谐波。在检测工作中信号中的噪声干扰会影响谐波及间谐波检测结果的准确性，因此，抑制谐波及间谐波检测中的噪声干扰，能够改善检测精度，为后续的谐波分析及治理打下良好基础。检测信号中经常伴有随机噪声，若信噪比较低，直接对检测信号进行分析势必会影响精度。因此，分析谐波及间谐波信号时，对噪声的抑制极为重要。故需进行对检测信号中噪声抑制的研究，确保在谐波及间谐波分析中所使用数据的质量。

频率切片小波变换(frequency slice wavelet transform，FSWT)是一种对信号进行时频化处理的过程，能够揭示检测信号在时域和频域两个方面包含的信息。FSWT通过引入在时域和频域均具有对称结构的频率切片函数，使其时频窗口中心成为频率观测中心，且FSWT的时频分辨率可以通过尺度因子灵活调节，其逆变换也不再依赖于所选的切片函数，在时频空间中能够进行时频区域的自由切割与信号重构。它能将噪声信号与谐波、间谐波信号在时频域分布的差异展示出来，详细刻画噪声与有用信号在时域和频域的变化特征，因此，频率切片小波变换为谐波及间谐波检测中抑制噪声干扰提供可能。

设为P(t)的傅里叶变换，称为频率切片函数，对于任意信号f(t)∈L²(R)(L²(R)为平方可积空间)，其在频域中的FSWT为：

式(1)中：“*”表示函数共轭；尺度因子δ(δ≠0)为常数或t,w和u的函数，t,w分别为观测时间与观测频率，u为估计频率。

设尺度因子δ＝w/k，k＞0，则式(1)变为：

式(2)中：k称为时频分辨系数或动态尺度，用来控制FSWT对频率或时间的灵敏度。

k可由式(3)获得：

式(3)中：Δw_p为频率切片函数的频窗宽度，η_s为待测信号的频率分辨比率。增大η_s可以提高时间分辨率，反之提高频率分辨率。

在信号f(t)的时频变换区间内，通过选择时频切片(t₁,t₂,w₁,w₂)即可重构分离所需的信号，即FSWT逆变换为：

常用的两种频率切片函数及其时域表达式为：

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电弧炉电流信号检测中抑制谐波及间谐波噪声的方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电弧炉电流信号检测中抑制谐波及间谐波噪声的方法，包括步骤如下：

(1)利用频率切片小波变换技术获取电弧炉电流信号的时频分布，

建立频率切片函数的选择机制，由海森伯格不确定性原理可得：

μ＝ΔtΔw (1)

式中：Δw＝δΔw_P，Δt_P、Δw_p分别为频率切片函数的时窗、频窗宽度，δ为尺度因子，μ为大于等于0.5的一个常数。

利用公式(1)比较两种频率切片小波函数的时间-带宽积，值分别为0.5和0.86，由此确定最优的频率切片小波函数为即高斯函数，利用该高斯函数对实测电弧炉电流信号进行频率切片小波变换，获取时频分布图；

(2)根据噪声信号与谐波、间谐波信号时频分布的差异，选择时频区域进行细化分析，

建立频率细化原则，在时频区域上，观察谐波及间谐波信号分布，将频率间距5Hz以内的谐波、间谐波信号划分在同一区域，将频率间距大于5Hz的谐波、间谐波信号单独划分区域，获取时频细化分布图；

(3)分区域重构分离出谐波及间谐波信号，得到抑制噪声干扰后的电弧炉电流信号图，

根据上述步骤(2)的频率细化原则分区域重构信号，提取各谐波及间谐波分量，将提取的各谐波及间谐波分量进行时域组合，得到抑制噪声干扰后的电弧炉电流信号图。

而且，所述步骤(2)中获取的时频细化分布图是选取[0,200]Hz时频区间进行细化分析得到的时频细化分布图。