本發(fā)明屬于直流電能計(jì)量領(lǐng)域，涉及一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、雖然交流電能的計(jì)量方面研究已經(jīng)較為成熟，但直流電能的計(jì)量缺遲遲不能突破，與電動汽車配套的直流充電樁中含有大量的非線性負(fù)荷，造成充電樁輸出電壓和電流中出現(xiàn)諧波，使得充電電壓和電流在短時(shí)間快速變化，嚴(yán)重影響直流電能計(jì)量準(zhǔn)確性。因此，迫切需要提出一種能夠準(zhǔn)確檢諧波的頻率和幅值的方法，對直流電能計(jì)量算法的優(yōu)化和直流配網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

2、自從傅里葉變換(fft)的提出，經(jīng)過幾十年的發(fā)展下來，提出了許多可供諧波檢測的方法如小波變換、prony算法、希爾伯特-黃變換（hht）、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（emd）、變分模態(tài)分解（vmd）、經(jīng)驗(yàn)小波變換（ewt）等。fft及其改進(jìn)算法無法適應(yīng)非平穩(wěn)信號，且數(shù)據(jù)窗會限制算法的精度；小波變換選取小波基比較困難；hht、emd、ewt存在端點(diǎn)效應(yīng)和模態(tài)混疊現(xiàn)象；vmd的懲罰因子和分層參數(shù)的選擇會影響vmd的分解效果，且參數(shù)的設(shè)置方法不能得到最優(yōu)的參數(shù)組合；prony算法對噪聲比較敏感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有基于prony算法的諧波檢測方法存在的缺陷，提供一種精度高、抗噪好的充電樁直流信號諧波檢測方法及系統(tǒng)，其采用prony算法在檢測諧波的同時(shí)加入去噪的環(huán)節(jié)，以有效實(shí)現(xiàn)直流信號與諧波的分離。

2、為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法，其包括：

4、步驟1、采集含噪聲和諧波分量的充電樁直流信號；

5、步驟2、選取合適的采樣頻率，對采集的直流信號做重采樣處理；

6、步驟3、對重采樣處理后的直流信號進(jìn)行奇異值分解-總體最小二乘法（svd-tls）去噪，提取出含諧波分量的直流信號；

7、步驟4、對去噪處理后含諧波分量的直流信號進(jìn)行prony分析，獲得各諧波分量的幅值和頻率信息。

8、進(jìn)一步地，所述的步驟2具體包括：

9、首先，用高采樣頻率對直流信號重采樣提取出高頻段信號成分，設(shè)置閾值，濾除冗余項(xiàng)后得到高頻段信號的頻率和幅值序列；

10、其次，設(shè)置低通濾波器濾除高頻段信號，用低采樣頻率對濾除高頻段信號后的濾波信號進(jìn)行采樣，再次設(shè)置閾值，濾除冗余信號后得到低頻段信號的頻率和幅值序列；

11、最后，結(jié)合兩次采樣得到的信號頻段，從而得到完整信號的頻率和幅值序列。

12、進(jìn)一步地，所述的步驟3具體包括：

13、通過步驟1采集的充電樁直流信號，生成得到一個(gè)階的增廣矩陣：

14、，

15、，

16、式中，為矩陣的階數(shù)，為采樣點(diǎn)數(shù)，取，為輸入的信號序列；表示取共軛；

17、步驟3.2，對增廣矩陣進(jìn)行奇異值分解,并儲存奇異值和矩陣，并采用歸一化奇異值法確定階數(shù)：

18、，

19、式中，和分別為增廣矩陣的左奇異陣和右奇異陣，是一個(gè)階的對角矩陣；

20、步驟3.3，確定增廣矩陣的有效秩，構(gòu)造一個(gè)維的對角矩陣：

21、，

22、，

23、其中，是矩陣的第行、第列的元素；表示有效秩的第行、第列的元素； p代表矩陣的階數(shù)； h是矩陣共軛轉(zhuǎn)置；

24、步驟3.4，求的逆矩陣，計(jì)算出未知參數(shù)的總體最小二乘估計(jì)值：

25、。

26、更進(jìn)一步地，所述的步驟3.2中，當(dāng)測量過程中存在噪聲干擾時(shí)，對角矩陣中的元素有一定的誤差，對角元素的值越大，相對誤差越小，設(shè)置相關(guān)的閾值濾除誤差項(xiàng)：

27、，

28、式中，為判定階數(shù)的閾值，當(dāng)有效秩小于時(shí)，可有效地抑制噪聲，減少建模誤差；當(dāng) i小于0.001，則確定階數(shù)為 i-1階。

29、更進(jìn)一步地，所述的步驟4具體包括：

30、步驟4.1，求得的根為，用生成范德蒙矩陣：

31、，

32、步驟4.2，計(jì)算諧波分量的幅值、相位、頻率和衰減因子：

33、先將直流信號用一系列含衰減的正弦頻率分量表示：

34、，

35、在第 n個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的直流信號估計(jì)值表示為：

36、，

37、式中，代表時(shí)間間隔；

38、假設(shè)直流信號中包直流分量和 i個(gè)衰減的諧波分量，用歐拉公式將某一個(gè)諧波分量展開：

39、，

40、則直流信號的離散形式函數(shù)表示為：

41、，

42、利用步驟4.1中求得的，通過直流信號的離散形式函數(shù)由矩陣形式表達(dá)：

43、

44、式中，，，的最小二乘解為：

45、；

46、最后，利用下式計(jì)算出諧波分量的振幅、相位、衰減因子以及頻率：

47、，

48、式中，表示實(shí)部；表示虛部。

49、第二方面，本發(fā)明提供一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測系統(tǒng)，其包括：

50、信號采集單元：采集含噪聲和諧波分量的充電樁直流信號；

51、重采樣處理單元：選取合適的采樣頻率，對采集的直流信號做重采樣處理；

52、分量提取單元：對重采樣處理后的直流信號進(jìn)行奇異值分解-總體最小二乘法去噪，提取出含諧波分量的直流信號；

53、prony分析單元：對去噪處理后含諧波分量的直流信號進(jìn)行prony分析，獲得各諧波分量的幅值和頻率信息。

54、本發(fā)明具有的有益效果如下：本發(fā)明在檢測諧波時(shí)，采用prony算法同時(shí)加入去噪的環(huán)節(jié)，有效實(shí)現(xiàn)直流信號與諧波的分離；本發(fā)明的檢測精度高，抗噪好。

技術(shù)特征：

1.一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法，其特征在于，所述的步驟2具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法，其特征在于，所述的步驟3具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法，其特征在于，所述的步驟3.2中，當(dāng)測量過程中存在噪聲干擾時(shí)，對角矩陣中的元素有一定的誤差，對角元素的值越大，相對誤差越小，設(shè)置相關(guān)的閾值濾除誤差項(xiàng)：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法，其特征在于，所述的步驟4具體包括：

6.一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的重采樣處理單元，具體的處理過程如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的分量提取單元具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的矩陣構(gòu)造子單元中，當(dāng)測量過程中存在噪聲干擾時(shí)，對角矩陣中的元素有一定的誤差，對角元素的值越大，相對誤差越小，設(shè)置相關(guān)的閾值濾除誤差項(xiàng)：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于prony算法的充電樁直流信號諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的prony分析單元具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于Prony算法的充電樁直流信號諧波檢測方法及系統(tǒng)，屬于直流計(jì)量領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有電動汽車充電樁中大量非線性負(fù)載造成充電電壓和電流快速變化導(dǎo)致電能表計(jì)量的不準(zhǔn)確問題。本發(fā)明的充電樁直流信號諧波檢測方法，包括：采集含噪聲和諧波分量的充電樁直流信號；選取合適的采樣頻率，對采集的直流信號做重采樣處理；對重采樣處理后的直流信號進(jìn)行奇異值分解?總體最小二乘法去噪，提取出含諧波分量的直流信號；對去噪處理后含諧波分量的直流信號進(jìn)行Prony分析，獲得各諧波分量的幅值和頻率信息。本發(fā)明能有效實(shí)現(xiàn)直流信號與諧波的分離。

技術(shù)研發(fā)人員：陳歡軍,劉思,徐韜,楊思潔,徐開,楊依睿,周佑,謝澤楠,陸艷,葉莘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)浙江省電力有限公司營銷服務(wù)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5