一种基于Yang系统的微弱谐波检测方法

本发明涉及电力信号处理与检测，具体地来讲为一种基于yang系统的微弱谐波检测方法。

背景技术：

1、随着各种新能源并网比例不断提高及非线性用电设备数量的增长，电力系统中谐波污染愈发严重，谐波导致电能质量下降，供电稳定性和经济性降低，只有对谐波污染进行有效治理，才能保证电能质量，而对谐波的准确检测是开展有效治理工作的前提。

2、目前在电网谐波检测中应用较多的是基于离散傅里叶变换(dft)、模态分解和小波变换等时频域分析方法。基于离散傅里叶变换可以实现无噪及70db噪声环境下的低误差检测。模态分解的间谐波检测方法，可以实现50db噪声环境下的间谐波低误差检测。经验小波变换的电力系统谐波检测方法，可以实现在20db和30db噪声环境下，相对误差不超过3.8％的谐波检测。以上基于时频域分析的谐波检测是对信号本身进行处理、调整或拆分重构，在此过程中必定对信号造成影响，因此误差难以满足要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于yang系统的微弱谐波检测方法，针对经典时频域分析方法在恶劣噪声环境下无法准确检测电力系统微弱谐波信号的缺陷。

2、本发明是这样实现的，

3、一种基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

4、步骤1：设置系统参数a，b，c与系统初值(x0,y0,z0)；

5、步骤2：根据系统参数与系统初值找出并设置系统控制信号幅值为临界阈值；

6、步骤3：设置输入信号加权因子a，将信号输入至系统；

7、步骤4：绘制系统x-z相图、吸引子分布与状态变量时间历程图；

8、步骤5：判断系统是否出现不动点或吸引子分布改变，若未出现不动点且未吸引子分布改变，则返回步骤3；若出现不动点或吸引子分布改变，则进入步骤6；

9、步骤6：按步长降低控制信号幅值，重新计算控制系统状态，绘制系统x-z相图，吸引子分布与状态变量时间历程图；

10、步骤7：判断是否系统不动点消失或吸引子分布变为初始状态，若系统不动点未消失且未吸引子分布变为初始状态，则返回步骤6；若系统不动点消失或吸引子分布变为初始状态，则进行步骤8；

11、步骤8：系统控制信号幅值降低的差值与加权因子的比值即为待检谐波信号的幅值；

12、步骤9：已对检测到的确定频率信号完成幅值计算，结束运算过程。

13、进一步地，步骤1中，所述yang系统的动力学特性的数学模型为：

14、

15、其中x，y，z为系统的状态变量，a，b，c为无量纲的系统参数。

16、进一步地，步骤2中，以非共振参数控制的方法对yang系统进行控制，根据yang系统的系统模型：

17、

18、其中(1+fycosωyt)为控制信号，ωy为控制信号周期分量的角频率，根据系统状态变量随控制信号幅值f变化的分岔图采用二分迭代法找出系统控制信号的平直混沌态的临界阈值。

19、进一步地，步骤3中，yang系统的微弱谐波检测模型为：

20、

21、其中a为输入信号的加权因子，s(t)为目标微弱周期信号，n(t)为待检信号中掺杂的随机噪声，系统状态变量x作为系统的输出，根据混合信号时域波形估计信号幅值，设计合适的加权因子a使afy不超过0.15。

22、进一步地，步骤4中，通过将待测信号输入临界状态的yang系统，采用龙格-库塔方法求解式(3)，根据计算结果绘制系统的x-z相轨迹、吸引子分布图与状态变量的时间历程图。

23、进一步地，步骤5中，若系统相轨迹与吸引子分布未发生改变或系统未出现不动点，则修改加权因子a并重新计算绘制，直至系统不定点的位置或吸引子分布发生改变。

24、进一步地，步骤7中，当系统的不定点消失或相轨迹与吸引子分布情况恢复至初始状态时，记录此时控制信号幅值降低的差值δfy。

25、进一步地，步骤8中，计算δfy/a得到目标频率微弱谐波信号的幅值。

26、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

27、本发明引入yang系统，用分岔图、相轨迹、吸引子分布、不动点坐标、系统状态变量时间轨迹图来分析系统状态的变化特征，分析yang系统特性。利用吸引子分布与不动点的出现与消失作为系统不同混沌态的转换判据，基于该判据设计了电力系统微弱谐波检测算法，在-10db至-120db的不同噪声环境下，对多整次谐波与间谐波混合的微弱谐波信号进行检测仿真。结果表明，本发明提出的方法能在-100db以内的噪声环境下实现各谐波分量的无差幅值检测，通过对比仿真结果，定性给出了耗散型类系统用于微弱谐波检测的通用规律。

技术特征：

1.一种基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤1中，所述yang系统的动力学特性的数学模型为：

3.按照权利要求2所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤2中，以非共振参数控制的方法对yang系统进行控制，根据yang系统的系统模型：

4.按照权利要求3所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤3中，yang系统的微弱谐波检测模型为：

5.按照权利要求4所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤4中，通过将待测信号输入临界状态的yang系统，采用龙格-库塔方法求解式(3)，根据计算结果绘制系统的x-z相轨迹、吸引子分布图与状态变量的时间历程图。

6.按照权利要求1所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤5中，若系统相轨迹与吸引子分布未发生改变或系统未出现不动点，则修改加权因子a并重新计算绘制，直至系统不定点的位置或吸引子分布发生改变。

7.按照权利要求1所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤7中，当系统的不定点消失或相轨迹与吸引子分布情况恢复至初始状态时，记录此时控制信号幅值降低的差值δfy。

8.按照权利要求7所述的基于yang系统的微弱谐波检测方法，其特征在于，步骤8中，计算δfy/a得到目标频率微弱谐波信号的幅值。

技术总结
本发明涉及电力信号处理与检测技术领域，具体地来讲为一种基于Yang系统的微弱谐波检测方法，针对经典时频域分析方法在恶劣噪声环境下无法准确检测电力系统微弱谐波信号的缺陷，引入Yang系统，用分岔图、相轨迹、吸引子分布、不动点坐标、系统状态变量时间轨迹图来分析系统状态的变化特征。利用吸引子分布与不动点的出现与消失作为系统不同混沌态的转换判据，基于该判据设计电力系统微弱谐波检测算法，本发明能在‑100dB以内的噪声环境下实现各谐波分量的无差幅值检测，并给出耗散型类系统用于微弱谐波检测的通用规律。

技术研发人员：孙淑琴,祁鑫,周广昊,袁正海
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15