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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、電壓閃變及諧波等電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重。采用HHT（Hilbert-Huangtransform）變換方法對微網(wǎng)中的電壓閃變、諧波等電能質(zhì)量擾動信號進(jìn)行了EMD分解，得到各個IMF分量，并對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變換能有效檢測出微網(wǎng)中不穩(wěn)定信號的頻率和幅值，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；Hilbert變換；電能質(zhì)量作者簡介：
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）基金項目：本文系中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金項目（項目編號：2NZYQN08）的研究成果。中圖分類號：TM61文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-0079（2013）30-0219-038近年來，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，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)運行或同時滿足這兩方面的要求，且在用戶現(xiàn)場配置的小型發(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)、諧波問題和電壓暫降會影響分布式發(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、儲能裝置和控制裝置結(jié)合，形成一個單一可控的獨立供電系統(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、電壓波動和閃變、諧波等電能質(zhì)量問題，影響到電力用戶的正常用電。傳統(tǒng)電力諧波的檢測方法一般是快速傅里葉變換FFT和小波變換。但傅里葉變換計算量大，使得檢測的時間延遲較長，不能滿足非平穩(wěn)信號與時頻分析的需要。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處理方法，此方法主要
5、包括經(jīng)驗?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，且不存在基函數(shù)選擇問題。同時，HHT方法對線性和平穩(wěn)信號的分析比其他時頻分析方法具有更好的信號物理意義反映。因此該方法適用于檢測電能質(zhì)量擾動信號，包括諧波和電壓閃變信號。[6，7]一、HHT變換HHT方法的核心部分是對信號進(jìn)行EMD分解，得到信號固有模態(tài)分量（IntrinsicModeFunction，IMF），再對IMF分量進(jìn)行Hilbert變換，求得信號的瞬時頻率和瞬
6、時幅值。1.EMD分解Hilbert變換僅對單分量信號具有物理意義，因此需要對原信號進(jìn)行分解，得到單一頻率的IMF分量。分解后的IMF變量，需要滿足以下兩個條件：[5]在整個信號范圍內(nèi)，極值點和過零點的數(shù)目必須相等或至多相差一個；在任意點處，局部最大值包絡(luò)與局部最小值包絡(luò)的均值為0。滿足上述兩個條件的信號就稱為IMF信號，相應(yīng)的函數(shù)稱為經(jīng)驗?zāi)B(tài)函數(shù)。[5]進(jìn)行IMF分解的方法就是EMD算法。對于一個時間序列s（t），EMD分解過程如下：第一，確定輸入信號s（t）的所有極大值點和極小值點。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），計算平均值，即。8第三，求s（t）與m差，即。第四，校驗h（t）是否滿足IMF條件，若不滿足將h（t）作為新的輸入信號重復(fù)上述步驟，若滿足轉(zhuǎn)至第五步。第五，令c=h（t），c為一個IMF分量，求差，即。第六，r作為新的s（t），校驗是否滿足分解終止條件，若不滿足則將作為新的輸入信號轉(zhuǎn)至第一步，若滿足則EMD分解過程結(jié)束，不能提取的為殘余量r（t）。經(jīng)過上述EMD分解后，最終信號表示為：（1）上面（1）式中，r為殘余函數(shù)，即作為測量的誤差。當(dāng)r為常數(shù)或基本呈單調(diào)趨勢時
8、，EMD分解停止。2.Hilbert變換通過EMD分解后的IMF分量為單一頻率的信號，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為時間，τ為積分變量。由公式（2）和公式（3）可以得到解析信號x（t），（4）或表示為：（5）其中a（t）代表瞬時幅值，θ（t）代表相位。具體表示為：8（6
