[发明专利]一种采用多时间尺度不完全S变换估计谐波参数的方法

说明书

本发明公开了一种采用多时间尺度不完全S变换估计谐波参数的方法，包括时间尺度确定模块(1)、不完全S变换计算模块(2)、谐波参数估计模块(3)等3个功能模块；时间尺度确定模块(1)根据频率比值规则确定各关注频率点计算的数据抽样比例，待抽样数据的点数达到设定值时，便输出至不完全S变换计算模块(2)对该频率点进行不完全S变换计算，谐波参数估计模块(3)根据不完全S变换计算模块(2)得到的复数向量估计谐波的瞬时幅值、相位和频率等参数。本发明为宽频域信号各频率分量的实时分析提供了新的方式。

技术领域

本发明涉及谐波参数估计领域，特别涉及一种采用多时间尺度不完全S变换估计谐波参数的方法。

背景技术

现代电力系统不断发展，微电网、电气化铁路和冶炼等产业技术不断升级，其运行工况日益复杂且含有大规模非线性功率器件，使大量宽频域非平稳的复杂谐波渗透至公共电网，导致系统谐振、设备老化和保护装置误动等危害，故必须对复杂谐波进行治理，而对其参数准确估计是治理的前提。

复杂谐波的幅值、频率和相位等参数具有时变性，传统的傅里叶分析方法没有时频局部表征能力，无法精确检测非平稳谐波，故需要寻求对时变信号有较好分析能力的分析方法。常用时频方法如小波变换需要确定分解层数和选择基小波，其系数不能直接表征谐波参数、对噪声敏感且计算量大，难以实时应用，对复杂谐波的分析需要一种更直观、实时和稳定的时频分析方法。S变换作为时频分析技术，具有直观的时频特性，能够从其特征向量直接提取信号的幅值和相位，但其过渡时间长和运算量大的问题也难以用于时变复杂谐波参数的实时精确估计。不完全S变换仅针对关注频率点计算，在保留有效信息前提下，使运算量显著减少，为实时应用创造了可能性。但对于复杂谐波参数估计，不完全S变换仍需解决关注频率点检测、过渡时间过长、消除端部效应、分频实时跟踪等问题。

本发明将不完全S变换应用于复杂谐波参数实时精确估计，对关注频率点采用不同时间尺度，保证各频率成分跟踪实时性和估计精确性，克服传统傅里叶变换方法对非平稳信号无法精确分析的局限性，同时解决常用时频分析方法运算量大，难以实时应用等难题。

发明内容

本发明提供一种采用多时间尺度不完全S变换估计谐波参数的方法，针对数据的FFT频谱关注频率点，采用多时间尺度估计谐波各频率分量的瞬时幅值、频率和相位等参数，本发明能提高对数据分析的跟踪实时性。

一种采用多时间尺度不完全S变换估计谐波参数的方法，该方法使用时间尺度确定模块(1)、不完全S变换计算模块(2)、谐波参数估计模块(3)共3个依次连接的功能模块；时间尺度确定模块(1)用于确定各关注频率点计算的数据抽样比例，并将抽样的数据分别存入分配给每个频率点的统一长度的缓冲区，一旦某个频率点的缓冲区被抽样数据填满，便输出至不完全S变换计算模块(2)进行不完全S变换计算，若有两个以上频率点的缓冲区同时被填满，则根据关注频率点序号从大到小排队将缓冲区的数据送入不完全S变换计算模块(2)进行计算，谐波参数估计模块(3)根据不完全S变换计算模块(2)得到的复数向量估计谐波的瞬时幅值、相位和频率参数。

所述一种采用多时间尺度不完全S变换估计谐波参数的方法，其时间尺度确定模块(1)根据频率比值规则确定各关注频率点计算的抽样比例，所述频率比值规则采用如下计算步骤：

A1：采集10个基频周期数据做FFT运算，根据FFT频谱的功率谱包络动态测度识别数据的关注频率点，关注频率点的个数记为M，M个关注频率点的序号从小到大依次为n₁，n₂，…，n_M，进入步骤A2；

A2：根据下式计算各关注频率点对应的频率：

f_i＝n_i/(NT)，i＝1,2,…,M

式中N为数据的总点数，T为采样周期，NT为数据的总时长，进入步骤A3；