hilbert—huang變換在微網(wǎng)電能質(zhì)量中應(yīng)用

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1、Hilbert—huang變換在微網(wǎng)電能質(zhì)量中應(yīng)用  摘要:微網(wǎng)中存在大規(guī)模的電力電子設(shè)備和非線性負(fù)荷,它們引起的電壓波動(dòng)、電壓閃變及諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題日益嚴(yán)重。采用HHT(Hilbert-Huangtransform)變換方法對(duì)微網(wǎng)中的電壓閃變、諧波等電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了EMD分解,得到各個(gè)IMF分量,并對(duì)IMF分量進(jìn)行Hilbert譜分析和邊際譜分析。仿真分析結(jié)果表明,HHT變換能有效檢測(cè)出微網(wǎng)中不穩(wěn)定信號(hào)的頻率和幅值,為改善微網(wǎng)電能質(zhì)量提供參考。關(guān)鍵詞:微網(wǎng);諧波;檢測(cè);Hilbert變換;電能質(zhì)量作者簡(jiǎn)介:

2、王玉(1978-),女,河北唐山人,西南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院,講師;徐利梅(1979-),女,四川眉山人,西南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院,講師。(四川成都610041)基金項(xiàng)目:本文系中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2NZYQN08)的研究成果。中圖分類(lèi)號(hào):TM61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-0079(2013)30-0219-038近年來(lái),風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電形式日益受到重視,分布式發(fā)電具有環(huán)保、高效、靈活的特點(diǎn),逐步成為能源技術(shù)的重要發(fā)展方向。[1]一般分布式發(fā)電是指為滿足用戶特定

3、的需要、支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或同時(shí)滿足這兩方面的要求,且在用戶現(xiàn)場(chǎng)配置的小型發(fā)電系統(tǒng)。[2]分布式發(fā)電的供電短暫中斷、電壓調(diào)節(jié)、諧波問(wèn)題和電壓暫降會(huì)影響分布式發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量。而微網(wǎng)是將分布式發(fā)電、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置和控制裝置結(jié)合,形成一個(gè)單一可控的獨(dú)立供電系統(tǒng)。[2]微網(wǎng)大量采用現(xiàn)代電力電子技術(shù),大大提高了供電的可靠性。但在微網(wǎng)運(yùn)行中,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)容易受氣候、天氣等自然條件的影響,輸出功率具有波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性;微網(wǎng)中大量采用電力電子器件;系統(tǒng)中存在的大量非線性負(fù)荷,這些因素引起供電系統(tǒng)電壓和頻

4、率的偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題,影響到電力用戶的正常用電。傳統(tǒng)電力諧波的檢測(cè)方法一般是快速傅里葉變換FFT和小波變換。但傅里葉變換計(jì)算量大,使得檢測(cè)的時(shí)間延遲較長(zhǎng),不能滿足非平穩(wěn)信號(hào)與時(shí)頻分析的需要。小波變換可進(jìn)行多分辨分解,但小波基的選擇并不唯一,實(shí)際的分析效果也不理想。[3,4]本文闡述一種分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的方法——Hilbert-Huang變換[5](Hilbert-HuangTransform,HHT)。在文章[5]中,NordenE.8Huang等人提出一種全新的信號(hào)處理方法,此方法主要

5、包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法EMD(empiricalmodedecomposition)和Hilbert變換兩部分。HHT方法適用于分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào),且不存在基函數(shù)選擇問(wèn)題。同時(shí),HHT方法對(duì)線性和平穩(wěn)信號(hào)的分析比其他時(shí)頻分析方法具有更好的信號(hào)物理意義反映。因此該方法適用于檢測(cè)電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào),包括諧波和電壓閃變信號(hào)。[6,7]一、HHT變換HHT方法的核心部分是對(duì)信號(hào)進(jìn)行EMD分解,得到信號(hào)固有模態(tài)分量(IntrinsicModeFunction,IMF),再對(duì)IMF分量進(jìn)行Hilbert變換,求得信號(hào)的瞬時(shí)頻率和瞬

6、時(shí)幅值。1.EMD分解Hilbert變換僅對(duì)單分量信號(hào)具有物理意義,因此需要對(duì)原信號(hào)進(jìn)行分解,得到單一頻率的IMF分量。分解后的IMF變量,需要滿足以下兩個(gè)條件:[5]在整個(gè)信號(hào)范圍內(nèi),極值點(diǎn)和過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目必須相等或至多相差一個(gè);在任意點(diǎn)處,局部最大值包絡(luò)與局部最小值包絡(luò)的均值為0。滿足上述兩個(gè)條件的信號(hào)就稱為IMF信號(hào),相應(yīng)的函數(shù)稱為經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)函數(shù)。[5]進(jìn)行IMF分解的方法就是EMD算法。對(duì)于一個(gè)時(shí)間序列s(t),EMD分解過(guò)程如下:第一,確定輸入信號(hào)s(t)的所有極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)。第二,采用3次樣條擬合方法,求

7、出s(t)的上包絡(luò)線v1(t)和下包絡(luò)線v2(t),計(jì)算平均值,即。8第三,求s(t)與m差,即。第四,校驗(yàn)h(t)是否滿足IMF條件,若不滿足將h(t)作為新的輸入信號(hào)重復(fù)上述步驟,若滿足轉(zhuǎn)至第五步。第五,令c=h(t),c為一個(gè)IMF分量,求差,即。第六,r作為新的s(t),校驗(yàn)是否滿足分解終止條件,若不滿足則將作為新的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)至第一步,若滿足則EMD分解過(guò)程結(jié)束,不能提取的為殘余量r(t)。經(jīng)過(guò)上述EMD分解后,最終信號(hào)表示為:(1)上面(1)式中,r為殘余函數(shù),即作為測(cè)量的誤差。當(dāng)r為常數(shù)或基本呈單調(diào)趨勢(shì)時(shí)

8、,EMD分解停止。2.Hilbert變換通過(guò)EMD分解后的IMF分量為單一頻率的信號(hào),可以由Hilbert變換進(jìn)行分析。Hilbert正變換為:(2)Hilbert反變換為:(3)其中變量t為時(shí)間,τ為積分變量。由公式(2)和公式(3)可以得到解析信號(hào)x(t),(4)或表示為:(5)其中a(t)代表瞬時(shí)幅值,θ(t)代表相位。具體表示為:8(6

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