基于半波DFT与全波DFT相结合的谐波检测方法及系统与流程

本发明主要涉及电力系统，具体涉及一种基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法及系统。

背景技术：

1、在电力系统继电保护中，二次谐波和三次谐波的含有率常常被用来作为励磁涌流、区外ct饱和等闭锁功能的判据。而当前常采用离散傅里叶变换（dft）算法计算电流、电压信号的基波和谐波分量。通常使用一个工频周期（20ms）的滑动窗口进行全波dft计算。然而，在一些工况下，比如检测过程中，当输入信号发生阶跃变化时（如故障发生、测试仪器施加突变信号或开关操作），由于信号不满足dft的周期性延拓条件，会出现频谱泄漏现象，导致全波dft计算出虚假的3次谐波分量。

2、在继电保护装置测试过程中，测试仪器会输出阶跃变化的工频信号以模拟故障，此时保护装置会检测到这些虚假谐波，影响对异常工况的正确判断，可能导致保护误动或拒动。在实际运行中，信号突变（如故障发生）也会产生类似问题，影响保护的动作性能。

3、现有技术中，通常采用加窗插值dft、递推dft等方法来减少频谱泄漏，并且为了保证测量的的实时性与准确度，一般都采用半波窗口dft或单周波（全波）窗口dft，这就导致了难以从根本上区分真实谐波和阶跃引起的伪谐波。

4、如上所述，现有技术中全波或半波dft算法在工频信号阶跃时会计算产生虚假谐波分量，可能导致继电保护误动或拒动。通过增加使用汉明窗和增加窗函数长度等手段可降低工频阶跃信号导致的虚假谐波分量，但计算复杂，使得真实谐波出现时，响应速度变慢。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种准确区分真实谐波与阶跃伪谐波的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法及系统。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，包括以下步骤：

4、s1、获取待检测的电力系统电气信号的采样数据；

5、s2、基于一个工频周期构建全波dft滑动窗口，并将其等分为沿时间轴顺序排列的前半波dft滑动窗口和后半波dft滑动窗口；三个窗口同步滑动，采样数据先进入前半波窗口，再进入后半波窗口；

6、s3、分别利用全波dft滑动窗口、前半波dft滑动窗口和后半波dft滑动窗口对各自窗口内的采样数据进行离散傅里叶变换计算，输出全波窗口谐波含有率hr、前半波窗口谐波含有率hr1和后半波窗口谐波含有率hr2；

7、其中预设有全波窗口谐波含有率阈值hr，前半波窗口谐波含有率上阈值hr1t和下阈值hr1b，后半波窗口谐波含有率上阈值hr2t和下阈值hr2b，其中hr1b

8、s4、将hr、hr1、hr2与各预设阈值进行比较，根据比较结果得到谐波检测结果。

9、优选地，在步骤s4中，当全波阈值条件、前半波阈值条件和后半波阈值条件同时满足时，判定检测到真实谐波；当全波阈值条件满足但前半波阈值条件和后半波阈值条件中至少一个不满足时，判定为信号阶跃引起的伪谐波，输出谐波检测结果。

10、优选地，步骤s4中，全波阈值条件为，前半波阈值条件为，后半波阈值条件为；所述全波阈值条件、前半波阈值条件和后半波阈值条件同时满足，包括以下情形：

11、情形一：，，且；

12、情形二：，，且；

13、情形三：，，且。

14、优选地，步骤s4中，当，但和/或时，判定为信号阶跃引起的伪谐波。

15、优选地，步骤s4中，当且时，判定未检测到真实谐波。

16、优选地，步骤s3中，所述全波窗口谐波含有率hr、前半波窗口谐波含有率hr1和后半波窗口谐波含有率hr2，分别为各自窗口内采样数据经离散傅里叶变换计算得到的目标次谐波幅值与基波幅值的比值。

17、优选地，步骤s4中，hr1t和hr2t均等于hr，hr1b和hr2b分别由hr乘以预设比例系数k得到，其中0

18、本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

19、本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

20、本发明还公开了一种基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测系统，包括相互连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：

22、准确区分真实谐波与阶跃伪谐波：通过半波窗口与全波窗口的对比分析，结合上下阈值逻辑，能够有效区分信号阶跃引起的伪谐波和真实存在的谐波，从根本上解决了测试和故障时信号突变导致的保护误判问题。

23、提高保护可靠性：在继电保护装置测试过程中，可以避免因测试仪器信号阶跃导致的保护误动，提高测试的准确性和效率。在现场运行时，能够准确识别真实谐波，确保保护正确动作。

24、快速响应：利用半波窗口较短的数据窗长度，能够更快地检测到谐波变化。通过合理的阈值设置，可以在真实谐波出现时快速判定，满足保护速动性要求。

25、计算复杂度低：仅需在原有全波dft基础上增加两个半波dft计算，计算量增加有限，易于在现有的继电保护硬件平台上实现。

26、适应性强：通过调整上下阈值，可以适应不同应用场景的需求。算法对噪声干扰具有一定的鲁棒性，能够适应电力系统的实际运行环境。

27、兼容性好：本发明方法可以与现有的保护逻辑无缝集成，不需要改变原有的保护原理，只需在测量环节增加谐波真伪判别即可。

28、双重应用价值：既可用于测试模式，消除测试信号的影响；也可用于运行模式，提高保护在故障情况下的可靠性。

1.一种基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，在步骤s4中，当全波阈值条件、前半波阈值条件和后半波阈值条件同时满足时，判定检测到真实谐波；当全波阈值条件满足但前半波阈值条件和后半波阈值条件中至少一个不满足时，判定为信号阶跃引起的伪谐波，输出谐波检测结果。

3.根据权利要求2所述的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，步骤s4中，全波阈值条件为，前半波阈值条件为，后半波阈值条件为；所述全波阈值条件、前半波阈值条件和后半波阈值条件同时满足，包括以下情形：

4.根据权利要求2所述的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，步骤s4中，当，但和/或时，判定为信号阶跃引起的伪谐波。

5.根据权利要求2所述的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，步骤s4中，当且时，判定未检测到真实谐波。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，步骤s3中，所述全波窗口谐波含有率hr、前半波窗口谐波含有率hr1和后半波窗口谐波含有率hr2，分别为各自窗口内采样数据经离散傅里叶变换计算得到的目标次谐波幅值与基波幅值的比值。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测方法，其特征在于，步骤s4中，hr1t和hr2t均等于hr，hr1b和hr2b分别由hr乘以预设比例系数k得到，其中0

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述方法的步骤。

10.一种基于半波dft与全波dft相结合的谐波检测系统，包括相互连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述方法的步骤。