趙龍波 趙中田
摘 要:本文通過希爾波特黃變換對電力系統(tǒng)的電壓波形和頻率進行檢測,有效提出電壓幅值信息和頻率信息,從而得到電能質(zhì)量發(fā)生擾動的時間與擾動情況。最后通過MATLAB仿真驗證了希爾伯特黃變換在電能質(zhì)量檢測中的有效性。
關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量;希爾伯特黃變換;檢測技術(shù)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.138
0 引言
當前,電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大,通過迅速的對電能質(zhì)量進行檢測與定位,識別各種類型的電能質(zhì)量問題,從而保障電力系統(tǒng)與電氣設(shè)備的安全有效運行。近年來,希爾伯特黃變換在電能質(zhì)量檢測的應(yīng)用日顯成熟。
1 希爾伯特黃變換
1.1 希爾伯特變換
1.2 本征模態(tài)函數(shù)
本征模態(tài)函數(shù)具有以下特征:(1)在整個數(shù)據(jù)集中,其極值點個數(shù)與過零點個數(shù)必須相等或至多相差一個;(2)在任意的時間點,由局部極大值確定的上包絡(luò)線與由局部極小值確定的下包絡(luò)線的均值是為零的。
1.3 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解
首先求取信號s(t)的極小值與極大值,然后通過三次樣條擬合,獲得信號的上下包絡(luò)線u(t)和v(t),其中上下包絡(luò)線滿足要求v(t)≤s(t)≤u(t),此時,計算上下包絡(luò)線的均值曲線,即:
用原始信號s(t) 減去此均值 ,在理論上,剩余的部分h1(t)= s(t)-m(t)就是所要求的IMF。但是,由于包絡(luò)線樣條擬合時的俯沖作用和過沖作用,將會產(chǎn)生新的極值點影響到原信號極值點的大小和位置使得第一次分解產(chǎn)生的h1(t) 不是完全滿足本征模態(tài)函數(shù)的要求。因此還需要繼續(xù)分解。對h1(t) 進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解,即以h1(t)代替s(t)。求取h1(t) 的上下包絡(luò)線u1(t)和v1(t),再求取均值m1(t)。然后再用h1(t) 減去m1(t)得到h2(t)。一直重復(fù)這個過程直到最后的hn(t) 滿足本征模態(tài)函數(shù)的要求。
1.4 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的端點效應(yīng)
經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法處理原始信號 時,需有求取信號的上下包絡(luò)線,也就是需要得到信號的極大值和極小值。針對端點飛翼這個問題,眾多專家學者提出了諸多的解決措施。主要有信號包絡(luò)的極值延拓、信號包絡(luò)的鏡像閉合延拓、信號包絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)延拓、利用自回歸(AR)模型延拓、多項式擬合算法延拓等。
2 希爾伯特黃變換的電能質(zhì)量檢測的仿真
式中取f為工頻50Hz,T為波形周期,T=0.02s;k為220V相電壓值;t1=0.10s,t2=0.18s;0.1≤α≤0.9;取α=0.4。因此,對電壓暫降波形進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解得到的的前三個本征模態(tài)函數(shù)和信號的時頻和時幅圖譜如圖1圖2所示。
通過調(diào)用MATLAB中的最大值函數(shù)max和find函數(shù)來找出頻率最大值發(fā)生的時刻,最終求得故障發(fā)生和結(jié)束的時刻。在本例中,我們設(shè)定的起始時間和中斷時刻分別是t1=0.10s,t2=0.18s;最終仿真得到的是 t1=0.09969s,t2=0.18030s,與設(shè)定的值是很接近的。因此驗證了希爾伯特黃變換在電能質(zhì)量檢測方面的有效性。
3 結(jié)束語
本文通過希爾伯特黃變換對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量進行檢測,可以高效的分析電能質(zhì)量問題。最后通過仿真驗證了本文研究方法的有效性。
參考文獻:
[1]趙中田,胡健,陳洪濤等.基于希爾伯特-黃變換的直流微電網(wǎng)母線電壓振蕩檢測 [J].山東理工大學報(自然科學版),2017(05):60-64.
[2]黃誠惕,希爾伯特一黃變換及其應(yīng)用研究[D].成都,西南交通大學,2006.
作者簡介:趙龍波(1993-),男,山東淄博人,碩士研究生,研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護。