技术摘要：
本申请提供一种电力系统中谐波和间谐波的测量方法及装置。所述方法包括：对电力系统中采样后的电信号时域加高斯窗并做快速离散傅里叶变换后，生成信号频谱，根据频谱中波峰的数量构造多个高斯径向基函数，进而得到待训练的目标函数，对信号频谱进行处理，对待训练的目  全部
背景技术：
由于电力系统中广泛应用的各类负载装置很多都是波动的，因此波动负载产生的 间谐波污染问题日益加剧。间谐波会放大电压闪变和音频干扰，影响传输画面及增大噪音， 缩短电力系统中相关设备的使用寿命，增加电力线路的能耗，严重影响电能质量，因此对间 谐波进行准确地检测和分析有着重要的意义。 电力系统的谐波分析通常是采用快速傅里叶变换的方法，但由于间谐波非工频整 数倍，因此测量含有间谐波的信号时通常会出现频谱泄露。为了降低频谱泄露对谐波和间 谐波测量精度的影响，现有技术一般会采用在时域加窗函数的方法来降低频谱泄露，并在 此基础上采用插值修正的方法来测量。在时域加窗函数的过程中，一般通过增加频域窗函 数主瓣的宽度来降低旁瓣的衰减度，但是窗函数主瓣宽度的增加会导致频率相近的谐波与 间谐波之间的频谱发生重叠干涉，产生主瓣干扰，难以区分电信号中的谐波和间谐波，进而 导致插值修正方法很难对谐波和间谐波进行准确地测量。 基于此，目前亟需一种电力系统中谐波和间谐波的测量方法，用于解决现有技术 容易出现主瓣干扰，导致难以区分电力系统中电信号的谐波和间谐波，进而导致很难对谐 波和间谐波进行准确地测量的问题。
技术实现要素：
本申请提供了一种电力系统中谐波和间谐波的测量方法及装置，可用于解决现有 技术容易出现主瓣干扰，导致难以区分电力系统中电信号的谐波和间谐波，进而导致很难 对谐波和间谐波进行准确地测量的技术问题。 第一方面，本申请实施例提供一种电力系统中谐波和间谐波的测量方法，所述方 法包括： 获取电力系统中待测量的电信号，所述电信号包括X个谐波信号和Y个间谐波信 号； 对所述待测量电信号进行采样、加高斯窗处理以后，再进行快速离散傅里叶变换， 生成信号频谱；所述信号频谱包括P个波峰，P＝2(X Y)； 根据所述波峰的数量，构造P个高斯径向基函数； 根据所述P个高斯径向基函数，得到待训练的目标函数； 对所述信号频谱进行处理，得到处理后的信号频谱；所述处理包括抽选、搬移和实 部、虚部提取； 对所述待训练的目标函数进行迭代训练，使得所述待训练的目标函数逼近所述处 理后的信号频谱，得到训练后的目标函数； 6 CN 111579867 A 说　明　书 2/18 页 根据所述训练后的目标函数对应的参数，对谐波信号和间谐波信号分别进行测 量。 在第一方面的一种可实现方式中，对所述待测量电信号进行采样、加高斯窗处理 以后，再进行快速离散傅里叶变换，生成信号频谱，包括： 对所述待测量电信号进行采样、加高斯窗处理以后，再进行快速离散傅里叶变换， 得到快速离散傅里叶变换后的信号点； 根据所述快速离散傅里叶变换后的信号点，生成信号频谱。 在第一方面的一种可实现方式中，所述快速离散傅里叶变换后的信号点通过以下 公式确定： 其中，PW(n)为所述快速离散傅里叶变换后的信号点，n是信号点，k为整数，m为所 述待测量电信号中谐波和间谐波个数的总和，Ak为所述待测量电信号中任一谐波或间谐波 的幅值，N取偶数，表示加高斯窗后信号点的数量；fk为所述待测量电信号中任一谐波或间 谐波的频率，fs为采样频率， 为所述待测量电信号中任一谐波或间谐波的相位；W(n)为 快速离散傅里叶变换后的窗函数，W(n-Nfk/fs)是由所述快速离散傅里叶变换后的窗函数信 号点右移Nfk/fs得到的；j为虚数单位。 在第一方面的一种可实现方式中，根据所述P个高斯径向基函数，得到待训练的目 标函数，包括： 对所述P个高斯径向基函数进行加权求和，得到待训练的目标函数。 在第一方面的一种可实现方式中，所述待训练的目标函数通过以下公式表示： 其中，Φi为所述P个高斯径向基函数中的任意一个，ε为高斯窗的形状参数，α为高 斯窗参数，N取偶数，表示加高斯窗后信号点的数量；nf为频率取值的数据集合，T为窗函数 宽度，fi为所述P个高斯径向基函数中的任意一个的频率中心，Z为整数，为所述待训练的 目标函数，λ为所述P个高斯径向基函数的权值组成的向量，Φ为所述P个高斯径向基函数组 成的向量，λi为所述P个高斯径向基函数中的任意一个的权值，P为构造的高斯径向基函数 的个数。 在第一方面的一种可实现方式中，对所述信号频谱进行处理，得到处理后的信号 频谱；所述处理包括抽选、搬移和实部、虚部提取，包括： 对所述信号频谱进行抽选、搬移，得到整理后的信号频谱； 对所述整理后的信号频谱进行实部提取，得到整理后的信号实部频谱； 7 CN 111579867 A 说　明　书 3/18 页 对所述整理后的信号频谱进行虚部提取，得到整理后的信号虚部频谱； 将整理后的信号实部频谱和整理后的信号虚部频谱共同作为所述处理后的信号 频谱。 在第一方面的一种可实现方式中，所述整理后的信号实部频谱对应的函数和所述 整理后的信号虚部频谱对应的函数通过以下公式确定： R_PWS(n)＝real[PWS(n)] I_PWS(n)＝imag[PWS(n)] 其中，PWS(n)为所述整理后的信号频谱对应的信号点，R_PWS(n)为所述整理后的 信号实部频谱对应的函数，I_PWS(n)为所述整理后的信号虚部频谱对应的函数，real表示 取实部的运算，imag表示取虚部的运算。 在第一方面的一种可实现方式中，对所述待训练的目标函数进行迭代训练，使得 所述待训练的目标函数逼近所述处理后的信号频谱，得到训练后的目标函数，包括： 根据所述待训练的目标函数和所述整理后的信号实部频谱对应的函数，确定第一 损失函数； 利用梯度下降法对待训练的目标函数对应的频率中心和待训练的目标函数对应 的权值进行训练，使得所述第一损失函数达到最小值，确定训练后的目标函数对应的频率 中心和训练后的目标函数对应的权值； 将所述训练后的目标函数对应的频率中心和训练后的目标函数对应的权值代入 所述待训练的目标函数，确定训练后的第一子函数； 将所述训练后的目标函数对应的频率中心代入所述待训练的目标函数，得到待训 练的中间函数； 根据所述待训练的中间函数和所述整理后的信号虚部频谱对应的函数，确定第二 损失函数； 利用梯度下降法对所述待训练的中间函数对应的权值进行训练，使得所述第二损 失函数达到最小值，确定训练后的中间函数对应的权值； 将所述训练后的中间函数对应的权值代入所述待训练的中间函数，确定训练后的 第二子函数； 将所述训练后的第一子函数和所述训练后的第二子函数共同作为所述训练后的 目标函数。 在第一方面的一种可实现方式中，所述训练后的目标函数对应的参数包括所述训 练后的第一子函数对应的频率中心、所述训练后的第一子函数对应的权值、所述训练后的 第二子函数对应的权值； 所述待测量电信号中谐波的频率或间谐波的频率通过以下方式确定： 其中，f′0为所述待测量电信号中谐波的频率和间谐波的频率组成的向量，fm 1～ f2m为所述待测量电信号经快速离散傅里叶变换后，生成的信号频谱中正频率部分对应的任 一谐波或间谐波的频率，f0为所述训练后的第一子函数对应的频率中心，m为所述待测量电 信号中谐波和间谐波个数的总和； 8 CN 111579867 A 说　明　书 4/18 页 所述待测量电信号中谐波的幅值或间谐波的幅值通过以下公式确定： 其中，A’为所述待测量电信号中谐波的幅值和间谐波的幅值组成的向量，Am 1～A2m 为所述待测量电信号经快速离散傅里叶变换后，生成的信号频谱中正频率部分对应的任一 谐波或间谐波的幅值，A为根据所述训练后的第一子函数对应的权值和所述训练后的第二 子函数对应的权值计算出的幅值向量，m为所述待测量电信号中谐波和间谐波个数的总和， α为高斯窗参数，λR为所述训练后的第一子函数对应的权值，λI为所述训练后的第二子函数 对应的权值，j为虚数单位，||表示取绝对值； 所述待测量电信号中谐波的相位或间谐波的相位通过以下公式确定： 其中， 为所述待测量电信号中谐波的相位和间谐波的相位组成的向量， 为所述待测量电信号经快速离散傅里叶变换后，生成的信号频谱中正频率部分对 应的任一谐波或间谐波的相位， 为根据所述训练后的第一子函数对应的频率中心、所述 训练后的第一子函数对应的权值和所述训练后的第二子函数对应的权值计算出的相位向 量，m为所述待测量电信号中谐波和间谐波个数的总和，λR为所述训练后的第一子函数对应 的权值，λI为所述训练后的第二子函数对应的权值，j为虚数单位，f0为所述训练后的第一子 函数对应的频率中心，T为窗函数宽度，arg为复函数λR jλI的相角的主值。 第二方面，本申请实施例提供一种电力系统中谐波和间谐波的测量装置，所述装 置包括： 获取单元，用于获取电力系统中待测量的电信号，所述电信号包括X个谐波信号和 Y个间谐波信号； 处理单元，用于对所述待测量电信号进行采样、加高斯窗处理以后，再进行快速离 散傅里叶变换，生成信号频谱；所述信号频谱包括P个波峰，P＝2(X Y)；以及，根据所述波峰 的数量，构造P个高斯径向基函数；以及，根据所述P个高斯径向基函数，得到待训练的目标 函数；以及，对所述信号频谱进行处理，得到处理后的信号频谱；所述处理包括抽选、搬移和 实部、虚部提取；以及，对所述待训练的目标函数进行迭代训练，使得所述待训练的目标函 数逼近所述处理后的信号频谱，得到训练后的目标函数； 测量单元，用于根据所述训练后的目标函数对应的参数，对谐波信号和间谐波信 号分别进行测量。 在第二方面的一种可实现方式中，所述处理单元具体用于： 对所述待测量电信号进行采样、加高斯窗处理以后，再进行快速离散傅里叶变换， 得到快速离散傅里叶变换后的信号点；以及，根据所述快速离散傅里叶变换后的信号点，生 成信号频谱。 在第二方面的一种可实现方式中，所述快速离散傅里叶变换后的信号点通过以下 公式确定： 9 CN 111579867 A 说　明　书 5/18 页 其中，PW(n)为所述快速离散傅里叶变换后的信号点，n是信号点，k为整数，m为所 述待测量电信号中谐波和间谐波个数的总和，Ak为所述待测量电信号中任一谐波或间谐波 的幅值，N取偶数，表示加高斯窗后信号点的数量；fk为所述待测量电信号中任一谐波或间 谐波的频率，fs为采样频率， 为所述待测量电信号中任一谐波或间谐波的相位；W(n)为快 速离散傅里叶变换后的窗函数，W(n-Nfk/fs)是由所述快速离散傅里叶变换后的窗函数信号 点右移Nfk/fs得到的；j为虚数单位。 在第二方面的一种可实现方式中，所述处理单元具体用于： 对所述P个高斯径向基函数进行加权求和，得到待训练的目标函数。 在第二方面的一种可实现方式中，所述待训练的目标函数通过以下公式表示： 其中，Φi为所述P个高斯径向基函数中的任意一个，ε为高斯窗的形状参数，α为高 斯窗参数，N取偶数，表示加高斯窗后信号点的数量；nf为频率取值的数据集合，T为窗函数 宽度，fi为所述P个高斯径向基函数中的任意一个的频率中心，Z为整数， 为所述待训练的 目标函数，λ为所述P个高斯径向基函数的权值组成的向量，Φ为所述P个高斯径向基函数组 成的向量，λi为所述P个高斯径向基函数中的任意一个的权值，P为构造的高斯径向基函数 的个数。 在第二方面的一种可实现方式中，所述处理单元具体用于： 对所述信号频谱进行抽选、搬移，得到整理后的信号频谱；以及，对所述整理后的 信号频谱进行实部提取，得到整理后的信号实部频谱；以及，对所述整理后的信号频谱进行 虚部提取，得到整理后的信号虚部频谱；以及，将整理后的信号实部频谱和整理后的信号虚 部频谱共同作为所述处理后的信号频谱。 在第二方面的一种可实现方式中，所述整理后的信号实部频谱对应的函数和所述 整理后的信号虚部频谱对应的函数通过以下公式确定： R_PWS(n)＝real[PWS(n)] I_PWS(n)＝imag[PWS(n)] 其中，PWS(n)为所述整理后的信号频谱对应的信号点，R_PWS(n)为所述整理后的 信号实部频谱对应的函数，I_PWS(n)为所述整理后的信号虚部频谱对应的函数，real表示 取实部的运算，imag表示取虚部的运算。 在第二方面的一种可实现方式中，所述处理单元具体用于： 根据所述待训练的目标函数和所述整理后的信号实部频谱对应的函数，确定第一 10 CN 111579867 A 说　明　书 6/18 页 损失函数；以及，利用梯度下降法对待训练的目标函数对应的频率中心和待训练的目标函 数对应的权值进行训练，使得所述第一损失函数达到最小值，确定训练后的目标函数对应 的频率中心和训练后的目标函数对应的权值；以及，将所述训练后的目标函数对应的频率 中心和训练后的目标函数对应的权值代入所述待训练的目标函数，确定训练后的第一子函 数；以及，将所述训练后的目标函数对应的频率中心代入所述待训练的目标函数，得到待训 练的中间函数；以及，根据所述待训练的中间函数和所述整理后的信号虚部频谱对应的函 数，确定第二损失函数；以及，利用梯度下降法对所述待训练的中间函数对应的权值进行训 练，使得所述第二损失函数达到最小值，确定训练后的中间函数对应的权值；以及，将所述 训练后的中间函数对应的权值代入所述待训练的中间函数，确定训练后的第二子函数；以 及，将所述训练后的第一子函数和所述训练后的第二子函数共同作为所述训练后的目标函 数。 在第二方面的一种可实现方式中，所述训练后的目标函数对应的参数包括所述训 练后的第一子函数对应的频率中心、所述训练后的第一子函数对应的权值、所述训练后的 第二子函数对应的权值；所述待测量电信号中谐波的频率或间谐波的频率通过以下方式确 定： 其中，f′0为所述待测量电信号中谐波的频率和间谐波的频率组成的向量，fm 1～ f2m为所述待测量电信号经快速离散傅里叶变换后，生成的信号频谱中正频率部分对应的任 一谐波或间谐波的频率，f0为所述训练后的第一子函数对应的频率中心，m为所述待测量电 信号中谐波和间谐波个数的总和； 所述待测量电信号中谐波的幅值或间谐波的幅值通过以下公式确定： 其中，A’为所述待测量电信号中谐波的幅值和间谐波的幅值组成的向量，Am 1～A2m 为所述待测量电信号经快速离散傅里叶变换后，生成的信号频谱中正频率部分对应的任一 谐波或间谐波的幅值，A为根据所述训练后的第一子函数对应的权值和所述训练后的第二 子函数对应的权值计算出的幅值向量，m为所述待测量电信号中谐波和间谐波个数的总和， α为高斯窗参数，λR为所述训练后的第一子函数对应的权值，λI为所述训练后的第二子函数 对应的权值，j为虚数单位，||表示取绝对值； 所述待测量电信号中谐波的相位或间谐波的相位通过以下公式确定： 其中， 为所述待测量电信号中谐波的相位和间谐波的相位组成的向量， 为所述待测量电信号经快速离散傅里叶变换后，生成的信号频谱中正频率部分对 应的任一谐波或间谐波的相位， 为根据所述训练后的第一子函数对应的频率中心、所述 训练后的第一子函数对应的权值和所述训练后的第二子函数对应的权值计算出的相位向 11 CN 111579867 A 说　明　书 7/18 页 量，m为所述待测量电信号中谐波和间谐波个数的总和，λR为所述训练后的第一子函数对应 的权值，λI为所述训练后的第二子函数对应的权值，j为虚数单位，f0为所述训练后的第一子 函数对应的频率中心，T为窗函数宽度，arg为复函数λR jλI的相角的主值。 如此，本申请实施例对采样后的电信号时域加高斯窗处理并做快速离散傅里叶变 换后，通过对频谱进行抽选，可以规避高斯窗快速离散傅里叶变换后相邻点相位180°的变 化，根据快速离散傅里叶变换后的频谱的波峰数量，构造一系列高斯径向基函数，利用这一 系列高斯径向基函数的线性叠加来逼近发生谱间干扰的的频谱，能准确地区分出电信号中 产生主瓣干扰的谐波和间谐波成分，测量精度较高。 附图说明 图1为本申请实施例提供的一种电力系统中谐波和间谐波的测量方法所对应的流 程示意图； 图2为本申请实施例中获取到的电信号的10个周波的波形示意图； 图3为本申请实施例中信号加高斯窗处理并进行快速离散傅里叶变换后生成的信 号频谱示意图； 图4a为本申请实施例中信号经过频谱搬移后的实部频谱示意图； 图4b为本申请实施例中信号经过频谱搬移后的虚部频谱示意图； 图5a为本申请实施例中信号经过抽选后的实部频谱示意图； 图5b为本申请实施例中信号经过抽选后的虚部频谱示意图； 图6为本申请实施例中待训练的目标函数逼近整理后的信号实部频谱的过程中频 率中心的变化示意图； 图7为本申请实施例中待训练的目标函数逼近整理后的信号实部频谱的过程中权 值的变化示意图； 图8为本申请实施例中待训练的目标函数逼近整理后的信号虚部频谱的过程中权 值的变化示意图； 图9为本申请实施例提供的一种电力系统中谐波和间谐波的测量方法所对应的整 体性的流程示意图； 图10为本申请实施例提供的一种电力系统中谐波和间谐波的测量装置的结构示 意图。