本發(fā)明涉及諧波檢測，具體涉及一種車網(wǎng)電氣系統(tǒng)的諧波檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著軌道交通的快速發(fā)展，車網(wǎng)電氣系統(tǒng)（例如，牽引供電系統(tǒng)）中電力電子設備的廣泛應用導致諧波污染問題日益突出。例如，高頻開關(guān)器件（如igbt）、非線性負載（如整流器、逆變器）等會產(chǎn)生復雜的寬頻諧波，這些諧波不僅影響電能質(zhì)量，還可能引發(fā)設備過熱、諧振甚至系統(tǒng)失穩(wěn)。

2、在現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)中，目前的諧波檢測方案存在如下問題：

3、第一，高頻諧波檢測分辨率不足。傳統(tǒng)傅里葉變換（fft）對非平穩(wěn)信號適應性差，短時傅里葉變換（stft）的固定時頻窗難以兼顧低頻分辨率和高頻時間定位能力。

4、第二，非線性諧波特征提取困難。非線性負載產(chǎn)生的諧波具有相位耦合特性（如和頻/差頻成分），常規(guī)功率譜分析無法捕捉此類高階統(tǒng)計特征。

5、第三，設定的閾值適應性差。現(xiàn)有方法多采用固定閾值或基于經(jīng)驗值的靜態(tài)模型，難以應對車網(wǎng)系統(tǒng)中時變背景噪聲（如脈沖干擾、隨機波動）。

6、第四，參數(shù)擬合誤差累積。傳統(tǒng)諧波分解方法（如prony算法）易受噪聲影響導致參數(shù)估計偏差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了至少解決相關(guān)技術(shù)中的部分技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種車網(wǎng)電氣系統(tǒng)的諧波檢測方法及系統(tǒng)。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種車網(wǎng)電氣系統(tǒng)的諧波檢測方法，包括如下步驟：

4、步驟s1：獲取車網(wǎng)母線的電流信號，并對電流信號進行帶限處理；

5、步驟s2：構(gòu)建頻率自適應的可變窗寬s變換核函數(shù)；

6、步驟s3：基于三階累積量的雙譜分析，提取諧波相位耦合特征，通過主分量投影生成增強頻譜；

7、步驟s4：利用無諧波區(qū)間背景噪聲模型生成動態(tài)檢測閾值；

8、步驟s5：采用帶頻域先驗約束的指數(shù)衰減模型進行諧波參數(shù)擬合。

9、可選地，所述步驟s1具體包括：

10、步驟s1-1：采用寬帶電流傳感器采集車網(wǎng)母線的電流信號；

11、步驟s1-2：通過抗混疊濾波器進行帶限處理：

12、

13、式中，為濾波器的復頻域傳遞函數(shù)，為復頻率變量，為截止角頻率，為濾波器階數(shù)。

14、可選地，截止角頻率設置為；濾波器階數(shù)設置為。

15、可選地，所述步驟s2具體包括：

16、依照下式構(gòu)建頻率自適應的可變窗寬s變換核函數(shù)：

17、

18、式中，為時頻矩陣，為時刻時的電流信號瞬時值，為頻率自適應的窗寬調(diào)節(jié)函數(shù)，，為窗寬比例系數(shù)，為極小頻率偏移量，為傅里葉基函數(shù)。

19、可選地，在所述步驟s2中，還包括：

20、當檢測到的時，頻率自適應的窗寬調(diào)節(jié)函數(shù)調(diào)整為：

21、

22、其中，為頻率判斷閾值。

23、可選地，所述步驟s3具體包括：

24、步驟s3-1：計算三階累積量：

25、

26、步驟s3-2：構(gòu)造雙譜特征矩陣：

27、

28、步驟s3-3：實施主分量投影：

29、

30、式中，為信號的三階累積量，為數(shù)學期望，和為時間延遲量，為時刻時的電流信號瞬時值，為電流信號在時間點的基礎上向右平移個采樣間隔后的觀測值，為電流信號在時間點的基礎上向右平移個采樣間隔后的觀測值，為雙譜值，和是兩個獨立頻率變量，為投影后的頻譜。

31、可選地，所述步驟s4具體包括：

32、步驟s4-1：建立背景噪聲模型：

33、

34、步驟s4-2：動態(tài)閾值計算：

35、

36、式中，為頻率處的背景噪聲標準差估計值，為無諧波區(qū)間的采樣點數(shù)，為時頻矩陣在頻率、時間處的幅值，∈無諧波區(qū)間，為頻率處的檢測閾值，為經(jīng)驗系數(shù)，為虛警率設定值。

37、可選地，在所述步驟s4中，經(jīng)驗系數(shù)設置為，虛警率設定值設置為。

38、可選地，所述步驟s5具體包括：

39、步驟s5-1：采用下列算法進行參數(shù)擬合：

40、

41、步驟s5-2：按下式進行約束條件優(yōu)化：

42、

43、式中，為第次諧波的幅值，為衰減因子，為第次諧波的頻率，為初始相位，為模型階數(shù)，為采樣點的數(shù)量，為采樣點的索引值，，為采樣間隔，表示算法重構(gòu)的電流信號在第個采樣點的預測值，為正則化系數(shù)，根據(jù)步驟s2至步驟s4所獲得的諧波頻率先驗估計值。

44、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種車網(wǎng)電氣系統(tǒng)的諧波檢測系統(tǒng)，用于執(zhí)行如本發(fā)明第一方面中任一項技術(shù)方案所述的車網(wǎng)電氣系統(tǒng)的諧波檢測方法，所述車網(wǎng)電氣系統(tǒng)的諧波檢測系統(tǒng)包括：

45、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，用于獲取車網(wǎng)母線的電流信號，并對電流信號進行帶限處理；

46、自適應時頻分析模塊，用于構(gòu)建頻率自適應的可變窗寬s變換核函數(shù)；

47、雙譜特征提取模塊，用于基于三階累積量的雙譜分析，提取諧波相位耦合特征，通過主分量投影生成增強頻譜；

48、動態(tài)閾值生成模塊，用于利用無諧波區(qū)間背景噪聲模型生成動態(tài)檢測閾值；

49、參數(shù)優(yōu)化模塊，用于采用帶頻域先驗約束的指數(shù)衰減模型進行諧波參數(shù)擬合。

50、有益效果：

51、1、通過上述技術(shù)方案，第一，通過對電流信號進行帶限處理，不僅能夠有效地確保nyquist采樣定理成立，而且，還能夠有效地抑制高頻噪聲混疊，即，抑制高頻噪聲對諧波檢測的干擾。

52、第二，通過構(gòu)建頻率自適應的可變窗寬s變換核函數(shù)，能夠很好地適用于不同頻段的信號，其中，對于低頻段信號而言，可變窗寬s變換核函數(shù)能夠有效地保證其高頻率分辨率，對于高頻段信號而言，能夠通過指數(shù)調(diào)節(jié)抑制時窗展寬所導致的頻域泄漏。

53、第三，通過三階累積量能夠有效地消除高斯噪聲影響（這是由于高斯過程的高階累積量為零），提取非高斯諧波成分的相位耦合特征，以有效地識別非線性負載產(chǎn)生的間諧波并提升信噪比。同時，通過主分量投影生成增強頻譜，能夠?qū)⒍S雙譜映射為一維頻譜，凸顯非線性諧波的和頻成分，以提升準確性。

54、第四，在無諧波區(qū)間統(tǒng)計時頻幅值的均值，建立頻率相關(guān)的噪聲基底，以提升高頻諧波檢測靈敏度，并相對于固定閾值法而言，能夠有效地降低誤判率。

55、第五，通過指數(shù)衰減模型描述諧波暫態(tài)特性，能夠有效地避免傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型對沖擊性諧波的擬合偏差，同時，引入帶頻域先驗約束，能夠抑制噪聲引起的參數(shù)偏移。

56、總的來說，本發(fā)明的方法通過自適應時頻分析（步驟s2）、高階統(tǒng)計特征提取（步驟s3）、動態(tài)閾值檢測（步驟s4）和先驗約束擬合的級聯(lián)架構(gòu)（步驟s5），實現(xiàn)了從信號預處理到參數(shù)優(yōu)化的全流程閉環(huán)優(yōu)化，特別適用于車網(wǎng)系統(tǒng)重高頻、非線性、時變諧波的精準檢測，能夠為電能質(zhì)量治理提供更高可靠性的診斷基礎。

57、2、本發(fā)明的其他有益效果或優(yōu)勢將在具體實施方式中進行詳細描述。