基于盲源分离理论的电能质量闪变的仿真研究.doc

基于盲源分离理论的电能质量闪变的仿真研究 宫明庆GONGMing-qing （大庆油田电力集团供电公司星火一次变电所，大庆163000） （SparkPrimarySubstation，PowerSupplyCompanyofDaqingOilfieldPowerGroup，Daqing163000，China） 摘要：本文研究了利用单只电压互感器输出的信号序列构造延迟矩阵，以代替多个传感器输出信号阵列，满足盲源分离的要求并进行了盲源分离，对闪变的时域和频域进行分析，验证盲源分离理论的准确性和优越性，实现了从含有多个频率分量的闪变信号中分离出闪变包络及各谐波、间谐波频率分量的波形。 Abstract：Thispaperstudiesthedelaymatrixstructuredbythesinglevoltagetransformeroutputsignalsequence，inordertoreplacethepluralitysensortooutputsignalarray，meettherequirementsofblindsourceseparationandcarryouttheblindsourceseparation.Thispaperanalyzesthetimeandfrequencydomainoftheflicker，verifiestheauracyandsuperiorityofblindsourceseparationtheory，dissociatesthewaveformsofthefrequencyponentofeachharmonicsandinter-harmonicsoftheflickerenvelopefromtheflickersignalsthatcontainingmanyfrequencyponent. 关键词：电压闪变；电压波动；盲源分离 Keywords：voltageflicker；voltagefluctuation；blindsourceseparatio ：TM935.24：A：1006-4311（xx）25-0108-03 作者简介：宫明庆（1970-），男，吉林绥滨人，助理工程师，研究方向为发电及供配电。 0引言 电能是目前人类社会最广泛利用的能源，随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量有了更高的要求1。但随着科学技术的不断进步，特别是电力电子技术的发展，通常接入非线性负载等多种频率转换器设备，由它们引起的电能质量问题变得越来越严重。闪变、谐波、间谐波是电能质量的重要指标。因此为了分析电能质量，有必要测量谐波、电压闪变的精度。 1构造矩阵时滞动态系统 假设一个动态的系统，只能得到一个反映了它特点的时间序列，如果要尽可能多地在这一系列数据中揭示潜在的信息，有必要使用下面描述的方法。被测信号应该是几个自由度，Takens理论认为：选择适当的延迟时间和较大的嵌入维数m，然后重建空间具有和原始的动态系统相同的性质，重建空间轨迹也反映了系统状态随时间变化的规律。 假设在这一时刻，观察数据延迟矢量是： 在公式中，d是自由度的个数。 Takens指出有必要在欧几里得空间构建嵌入式的矩阵，嵌入维数m超过自由度个数d，但在实际应用中，取m?叟2d。 因此，延迟矩阵由如下所示的一系列的延迟矢量所构造： 在公式中，fs作为采样频率，fL作为最低的频率信号。本文使延迟向量的长度足够长，从而能够在信号中获得全部信息。 2基于最小交互信息准则的快速ICA盲源分离算法 交互信息是测量一组随机变量，其中包括集合中其他随机变量的信息。通过使用信息的熵值可以定义交互信息I和xi，i=1，n之间的关系为： 在这个公式中，yi是y的输出信息中的i元素，H作为W矩阵行列式的分离信息熵。如果采用（7）类型作为成本函数分离信号，计算过程是大量的而且不容易收敛的。芬兰的许韦里宁ICA算法（快速ICA算法）提出了快速定点算法，是一种快速、稳定的离线算法，克服了以上的算法困难。它将n个独立元素的信号源的分析转化为n个最合适的问题，把复合信号一个一个的分离开。 在运行该运算之前，先了解一下平均和预白化。平均是说，平均向量m=E（X）从观测信号中去除X信号，使得X成为零平均向量。白化是将平均值X线性变化，即计算协方差矩阵X的d1，d2，dn值。一个对角阵矩阵的特征值是： 3基于盲源分离的闪变信号频率分析 波形图分析：图1的原始信号的频谱波形，信号振幅的频率是40Hz，附近还有4055Hz的显著突起，图3中的噪声信号的频谱增加了200Hz的明显突起，振幅近800Hz。根据频谱特点和提供的数据把噪声信号分开。 电压信号的失真包含基波，谐波、间谐波也可以视为基波，谐波、间谐波线性混合，在复合延迟矢量获得延迟矢量，构建包含足够的潜在信息的延时矩阵，输出信号代替了多传感器阵列，满足了盲源分离的要求，和对盲源分离的两个二阶盲辨识算法的同时对角化，基波，谐波、间谐波信号从混合的信号分离，可以通过计算来获得频率值。 4结论 通过仿真，验证了交互信息最小化快速ICA算法和两个二阶盲辨识算法的同时对角化，结果表明分离效果很好，没有混叠和渗漏，该组件的信号幅值和频率波动或极低几乎分离，是对闪变，谐波，间谐波频率分析的有效方法。 参考文献： 1庞浩，李东霞，俎云霄，等.应用FFT进行电力系统谐波分析的改进算法J.中国电机工程学报，xx，6（23）：50-54. 2张