基于自适应小波变换与HHT的混合储能容量配置

混合储能系统能有效缓解风电输出功率强波动性与随机性造成电网频率不稳定问题。本文以蓄电池和超级电容组成的混合储能系统为研究对象,提出了一种混合储能容量配置方法。该方法首先采用自适应小波变换对风电输出功率进行功率一次分配,得到满足条件的并网功率和储能功率。然后采用HHT变换对储能功率进行分解,得到一系列波动功率分量以及各分量的瞬时频率。再根据瞬时频率确定分界频率,将高于分界频率的功率分量分配给超级电容,剩余的功率分量分配给蓄电池。最后根据蓄电池与超级电容各自的储能功率,对储能系统的额定容量与额定功率进行配置。该仿真结果表明,本文采用自适应小波变换与HHT变换能够有效地将风电输出功率进行分解,实现风电输出功率的平抑与混合储能系统的容量与功率配置。

基于改进Hilbert-Huang变换的管路环向裂纹故障诊断研究

在制造、加工、装配以及服役过程中,航空液压管路可能存在平面型缺陷。在适航载荷作用下,这些缺陷会萌生裂纹并发生扩展,最终导致管路破裂和油液泄漏。为了在管路产生微裂纹时对其进行故障诊断,采用了自行搭建的航空液压管路模态试验平台和测控系统,对存在环向裂纹航空液压管路的振动信号进行了采集和预处理。而在对管路振动信号进行分解时,由于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法存在模态混叠问题难以获得准确的本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)。为提高信号处理精度,提出一种基于自适应噪声完备经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)和Hilbert变换理论相结合的改进Hilbert-Huang变换方法对航空液压管路环向裂纹进行故障诊断。研究结果表明,该方法能够更准确地诊断航空液压管路的环向裂纹故障。

基于HHT的绝缘子泄漏电流分析及放电状态分类识别

泄漏电流是污秽绝缘子在线监测参数,能动态地反映绝缘子表面的放电状态。文中开展了瓷绝缘子人工污秽放电试验,利用Hilbert-Huang变换分析了不同污闪阶段的泄漏电流固有模态函数分量、Hilbert边际谱与时频熵,从时频域及波形细节提取了15个特征量,使用主成分分析法与最小二乘支持向量机分类器对污秽放电状态进行识别。结果表明:起始放电阶段与闪络阶段的泄漏电流固有模态函数分量较多;泄漏电流的Hilbert边际谱上频率主要分布在0~150 Hz、200~250 Hz范围内;闪络前泄漏电流的时频熵值总是大于闪络后的;当训练样本数为测试样本数5倍及以上时,分类器的综合评判准确率可达99%,准确实现了污秽放电状态的分类识别。文中研究结果可为建立绝缘子污闪预警系统提供依据。

基于小波变换算法的普朗铜矿爆破振动信号能量分布研究

小波变换算法能够对爆破振动信号的频率、能量分布特征进行研究,按照不同的主振频带对爆破振动信号进行分解及重构,已被广泛应用于爆破振动稳定性分析以及矿山安全生产管理。针对在矿山复杂条件下爆破振动信号易受干扰等问题,以普朗铜矿南部拉底爆破振动数据为研究对象,采用小波变换算法分析振动信号0~125 Hz各个频率段能量分布情况,通过HHT算法、STFT算法分别对爆区近区、爆区远区开展能量分布及其衰减规律的研究。研究结果表明:在0~125 Hz频率段范围内,爆区近区和爆区远区能量衰减速度和分布不同,爆区近区能量主振频率分布在15.62~<31.20 Hz频率段,爆区远区能量主振频率分布在46.87~<93.75 Hz频率段。在15.62~<31.20 Hz频率段,爆区近区比爆区远区能量占比平均多出14.1%;在46.87~<93.75 Hz频率段,爆区远区比爆区近区能量占比平均多出18.65%。基于本次爆破施工所监测到的普朗铜矿南部巷道区域爆破振动数据得出,在0~125 Hz频率段范围内,爆区近区能量衰减速度较快且能量分布不集中,爆区远区能量衰减速度较为缓慢且能量分布密集;爆破振动能量随着传播距离增加,能量虽有所衰减,但能量分布更为集中。分析结果表明,小波变换算法可以真实反映振动信号的能量分布情况,为研究爆破振动效应下的井下构筑物的结构安全提供有效的分析手段。

Hilbert-Huang变换在电气化铁路谐波检测中的应用

将Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform,HHT)用于电气化铁路谐波检测中,应用该方法可以提取任意频次的谐波信号。为了解决直接应用经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD)方法可能出现的模态混叠问题,文中采用基于傅里叶变换(Fourien tranform,FT)的EMD方法对电气化铁路谐波信号进行提取。首先利用傅里叶变换对指定频率部分进行滤波,然后分别进行HHT变换,再重新组合,即可得到信号全部完整的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量,进而计算其Hilbert谱,得到谐波信号的Hilbert谱值。对电气化铁路牵引变电站实测谐波电压、电流数据进行了分析,仿真结果表明利用改进的HHT方法可以得到电气化铁路各次谐波的准确时频分布。

用改进的Hilbert-Huang变换辨识电力系统低频振荡

针对Hilbert-Huang变换(HHT)在辨识电力系统低频振荡模态时易出现的模态混叠问题,提出了利用改进HHT辨识密频电力系统低频振荡模态参数的方法。首先通过Fourier变换确定每个模态频率的大致范围;然后在利用经验模态分解(EMD)求取每个模态时,根据所求得的模态频率的密集程度,或引入屏蔽信号,或通过滤波处理的方式,以分离频率相近的模态;最后通过对每个模态的瞬时幅值和频率进行线性最小二乘拟合,得到每个模态的模态参数。利用传统的HHT和改进的HHT分别对理想信号、仿真信号以及实际录波信号进行了分析,分析结果表明该方法能够准确辨识出低频振荡的特征参数,适用于密频电力系统低频振荡的辨识。

Hilbert-Huang变换应用中的预处理方法研究

为提高Hilbert-Huang变换(HHT)中瞬时频率计算的真实性和稳定性,提出了一种信号的预处理方法.该方法首先对信号作傅里叶变换,然后根据插值点数作补零处理,再进行傅里叶反变换,完成傅里叶插值功能.对傅里叶插值处理后的信号作经验模态分解(EMD)得到一组固有模态函数(IMF),计算所有IMF的瞬时频率和幅值,最终获得信号时频分布的Hilbert谱.结果表明,该傅里叶插值的预处理方法能够有效消除和抑制HHT分析中的瞬时频率波动和虚假成分产生,增强了瞬时频率的准确性,提高了HHT方法的信号分析频率,该方法能有效应用于实际信号处理的HHT时频分析中.

基于Hilbert-Huang变换和小波包能量谱的电压暂降源识别

针对电压暂降源识别问题,提出一种基于Hilbert-Huang变换(HHT)和小波包能量谱的电压暂降源识别方法。首先对电压暂降信号经过经验模态分解(EMD),得到一个固有模态函数(IMF)集合,然后将各IMF进行n层小波包分解并计算其小波包能量谱,得到Hilbert-Huang(HH)谱图。通过比较突变点、幅值、谐波等特征量,对电压暂降源进行识别。实验结果表明,该方法简洁可靠、识别准确性高、实用性强。

基于改进Hilbert-Huang变换的转子碰摩故障诊断

针对信号总体平均经验模式分解中的两个参数———所加白噪声标准差和总体平均次数难以设置的问题,通过仿真信号实验分析,给出了这两个参数设置的一般方法。以转子碰摩故障信号为对象,提出了改进的Hilbert-Huang变换(HHT)算法并将其用于提取转子碰摩故障特征。仿真和实验结果表明,改进的HHT算法能较好地提取出转子碰摩故障特征,与传统HHT算法相比,改进的HHT算法效果更好。

基于小波及Hilbert-Huang变换提取壁湍流相干结构

为了研究壁湍流中的相干结构,在直流抽吸式低(变)湍流度风洞的实验段中,应用恒温热线风速仪IFA-300精确测量平板湍流边界层不同法向位置的流向速度信号.分析壁湍流脉动速度的概率密度分布,并与高斯分布比较,验证了壁湍流中相干结构引起的猝发现象的统计规律.提出了一种利用小波变换和Hilbert-Huang(HHT)变换相结合来提取相干结构的方法.对壁湍流脉动速度进行HHT变换,通过变换后各模态的能量分析,分离出主要含能模态对应的相干结构.利用小波重构法继续提取未分离的小尺度相干结构.对剩余湍流信号进行概率统计,并比较提取的全部相干结构与原始湍流信号的波形和HHT边际谱,验证了湍流信号既包含非随机的相干结构信号也包含随机的非相干信号.

基于Hilbert-Huang变换的电网故障行波定位方法

正确辨识和检测故障行波信号是实现电网故障行波定位的关键。提出了一种新的故障行波信号时频分析方法,采用Hilbert-Huang变换(HHT)对故障行波信号进行检测,通过经验模态分解(EMD)法提取故障行波信号的固有模态函数(IMF),再进行Hilbert变换,得到各自的瞬时频率,由瞬时频率进行行波到达时刻的准确检测。HHT与小波变换比较,不存在变换参数的选取难题,变换结果具有唯一性。仿真结果表明HHT能更准确地提取电网故障行波波头位置,有效提高故障行波定位精度。

基于EMD的HHT变换技术在长江三峡水库年平均流量预报中的应用

本文应用基于经验模态分解(EMD)的Hilbert—Huang变换(HHT)技术,对长江宜昌站1900～2000年来天然年平均流量序列进行了分析研究,并在此基础上建立了长江三峡水库年平均流量多尺度统计动力预报模型。研究结果表明:(1)长江三峡年平均流量存在准3.2年、7.4年、13.1年、16.7和53.8年的周期,并以准3.2年和7.4年的波动为主;(2)基于EMD的HHT变换技术的三峡水库年平均流量多尺度统计动力预报模型,预报效果较好,对2001～2004年进行试验预报,预报模型的预报相对误差在2.4%以下。本文研究成果对长江三峡水库防洪调度以及发电计划制作有重要的参考价值。

Hilbert-Huang变换方法在谐波和电压闪变检测中的应用

将一种新的非平稳信号处理方法,即HHT(Hilbert-HuangTransform)方法用于检测与时频分析典型的电能质量扰动信号,如谐波、电压闪变与波动信号。该方法由经验模态分解法(EMD)及Hilbert变换两部分组成,先用EMD提取信号的固有模态函数(IMF)分量,再对IMF作Hilbert变换求瞬时频率和幅值。该方法可以从时域和频域两方面同时对信号进行分析,能够准确检测出突变、非平稳谐波和电压闪变信号的时间、频率和幅值信息。仿真分析结果表明了该方法检测非平稳电能质量扰动信号的有效性。

基于支持矢量回归机的Hilbert-Huang变换端点效应问题的处理方法

Hilbert-Huang变换的端点效应表现在两个方面,对信号进行经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)和对各个内禀模态函数(Intrinsic mode function,IMF)进行Hilbert变换时都会产生端点效应。为了克服 Hilbert-Huang变换中的端点效应,采用支持矢量回归机对信号延拓后再进行经验模态分解,该方法可以有效地克服EMD方法的端点效应问题,得到具有物理意义的内禀模态函数;然后再次采用支持矢量回归机对IMF分量进行延拓后进行Hilbert变换,可有效地抑制Hilbert变换中的端点效应,获得准确的瞬时频率和瞬时幅值,从而得到具有物理意义的Hilbert谱。对仿真和实际信号的分析结果表明,基于支持矢量回归机的数据序列延拓方法能有效地解决Hilbert-Huang变换中存在的端点效应问题,而且其效果优于基于神经网络的数据序列延拓方法。

Hilbert-Huang变换与地震信号的时频分析

本文介绍了HHT时频分析方法及瞬时频率的概念,给出了已知信号的经验模态分解及其时频分布,并对实际地震波形信号进行了HHT时频处理与剖析。结果表明,HHT方法能准确描述地震波形信号的非线性时变特征,是地震信号时频分析的有效工具。

基于Hilbert-Huang变换的生物触电电流检测模型

为了检测触电时刻剩余电流中生物体触电支路电流信号的难题,应用Hilbert-Huang变换方法,确定了生物触电时剩余电流的固有模态函数中相关系数最大的IMF分量的局部幅值达34.02 m A,且与原信号相关性系数达到0.99,同时剩余电流与触电电流暂态过程频谱特性具有相似变化规律。以此为基础,应用生物电流信号高频IMF分量幅值的突变特征,作为触电故障时刻确定判据,建立生物触电故障时刻判定方法,实际数据的仿真处理正确率为94.17%;筛选剩余电流分解的相关性较高的有限个数的低频固有模态IMF分量,应用逐步多元线性回归方法,提出基于剩余电流固有模态分量的生物触电支路电流幅值检测方法,仿真试验结果的平均相对误差值5.46%,具有良好的适应性和实用性,为研发基于生物体触电电流而动作的剩余电流保护装置提供参考。

爆破震动信号的小波分析与HHT变换

以实测的爆破震动信号为例,分别应用小波分析和HHT(Hilbert-Huang Transform)变换从不同方面进行对比分析,讨论了爆破震动信号的特征提取和时频分布。结果表明:小波分析和HHT变换都是处理非平稳信号的两种好方法,都能很好地提取信号的主要特征信息和进行滤波、消噪。然而,小波分析存在选择小波基的困难,而HHT变换不需要预先选择基函数,其EMD(empirical mode decomposition)得到的IMF(intrinsic mode function)能反映原始信号的固有特性,通常具有实际物理意义;小波谱的能量在频率范围内分布较宽,而Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布,大部分能量都集中在有限的能量谱线上;小波分析中时间、频率分辨率受Heisenberg测不准原理的限制,而HHT变换中时间分辨率不变且精度很高,其频率分辨率则可随信号内在的特性进行自适应调节。分析表明:HHT变换在分析非平稳信号时较小波分析更具适应性,在岩石中波的传播、衰减规律、结构动态响应特征和爆破震动破坏等研究中有着广阔的应用前景。

基于Hilbert-Huang变换的行波法高压输电线路故障定位

输电线路发生短路故障时,产生的故障暂态行波是一种非线性、非平稳信号。准确提取行波波头信号,是行波法故障定位的关键。将Hilbert-Huang变换这一非平稳信号处理工具应用于故障行波波头的检测,实现故障定位。利用GPS同步采集输电线路双端故障前后一段时间的电流数据,对其进行经验模态分解,将得到的高频模态分量进行Hilbert变换,得到相应的时间-频率谱图。时频图上的频率突变时刻即为行波波头的到达时刻。Matlab仿真结果表明,该方法能准确捕捉行波波头的到达时刻,有较高的定位精度。

Hilbert-Huang变换与大地电磁信号的时频分析

将Hilbert-Huang变换引入大地电磁信号的时频分析中,介绍HHT(Hilbert-Huang transform)时频分析原理及方法,给出仿真信号的经验模态分解及其时频分布,并对实测大地电磁信号进行HHT时频处理与剖析。研究结果表明:Hilbert能量谱随时频的具体分布具有很强的非稳态动态变换时频刻画能力;时频谱的时间、频率分辨率不受Heisenberg测不准原理的限制,且其时间、频率分辨率都很高,有很好的时频聚集性;HHT方法能用于描述大地电磁信号的非线性时变特征,是大地电磁信号时频分析的有效工具。

Hilbert-Huang变换及其在电力系统中的应用

通过综述国内外Hilbert-Huang变换及其相关端点效应、模态混叠、筛分停止准则等问题的研究现状,讨论了该变换的特点。详细分析了Hilbert-Huang变换在电力系统设备故障检测与故障诊断、电力系统振荡分析、电能质量检测和负荷预测等方面的应用现状。最后,对其在电力系统中的应用进行了展望,认为Hilbert-Huang变换可以联合其他方法克服本身缺点,并根据电力系统信号的特点,更有效地应用于电力系统。