基于NSTFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法

基于NSTFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法基于NSTFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法摘要：VFTO（VeryFastTransientOvervoltage）是一種發(fā)生在電力系統(tǒng)中的瞬態(tài)現(xiàn)象，其頻譜分析對(duì)于電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。本文針對(duì)VFTO的頻譜分析問(wèn)題，提出了基于NSTFT-WVD（Non-stationaryShort-timeFourierTransformandWigner-VilleDistribution）的方法。首先，介紹了VFTO的概念及其在電力系統(tǒng)中的危害；然后，分析了傳統(tǒng)頻譜分析方法存在的問(wèn)題；接著，詳細(xì)介紹了NSTFT-WVD變換的原理和算法；最后，利用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性和優(yōu)越性。1.引言VFTO是一種電力系統(tǒng)中常見的瞬態(tài)現(xiàn)象，其產(chǎn)生原因主要是由于電力設(shè)備開關(guān)或斷開時(shí)電流和電壓的突變引起。VFTO的存在對(duì)電力設(shè)備和系統(tǒng)的絕緣和設(shè)備性能帶來(lái)嚴(yán)重威脅，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、電氣設(shè)備間的干擾和電力系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，對(duì)VFTO進(jìn)行頻譜分析具有重要的理論和實(shí)際意義。2.傳統(tǒng)頻譜分析方法存在的問(wèn)題傳統(tǒng)的頻譜分析方法主要包括傅里葉變換（FourierTransform）和短時(shí)傅里葉變換（Short-timeFourierTransform）。然而，這些方法在處理非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)存在一些問(wèn)題。首先，傅里葉變換假定信號(hào)是平穩(wěn)的，而VFTO是一種非平穩(wěn)信號(hào)，因此傅里葉變換無(wú)法準(zhǔn)確表示其頻譜特性。其次，短時(shí)傅里葉變換可以處理非平穩(wěn)信號(hào)，但是其時(shí)間和頻率分辨率不能同時(shí)得到最優(yōu)解，這在VFTO頻譜分析中會(huì)導(dǎo)致信息的丟失和模糊。3.NSTFT-WVD變換的原理和算法NSTFT-WVD變換是一種將非平穩(wěn)短時(shí)傅里葉變換和頻率瞬時(shí)密度矩譜（Wigner-VilleDistribution）相結(jié)合的變換方法。其基本思想是將信號(hào)分段，并在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，然后將所有時(shí)間段內(nèi)的短時(shí)傅里葉變換結(jié)果疊加起來(lái)，形成一種更加準(zhǔn)確的頻譜表示。具體算法如下：步驟1：將原始信號(hào)分段，得到若干個(gè)時(shí)間段；步驟2：對(duì)每個(gè)時(shí)間段進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到短時(shí)傅里葉譜；步驟3：將所有時(shí)間段內(nèi)的短時(shí)傅里葉譜疊加起來(lái)，得到NSTFT-WVD譜。4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證基于NSTFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法的有效性和優(yōu)越性，本文進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。選用了具有明顯VFTO信號(hào)的電力系統(tǒng)模型，通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)方法和NSTFT-WVD方法的分析結(jié)果，得到以下結(jié)論：1)傳統(tǒng)方法無(wú)法準(zhǔn)確表示VFTO信號(hào)的頻譜特性，而NSTFT-WVD方法可以明顯顯示出VFTO信號(hào)的高頻成分；2)NSTFT-WVD方法具有較高的時(shí)間和頻率分辨率，在VFTO頻譜分析中能夠更準(zhǔn)確地定位和反映信號(hào)特性。因此，基于NSTFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法可以有效地提取VFTO信號(hào)的頻譜特性，為電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提供了重要依據(jù)。5.結(jié)論本文針對(duì)VFTO頻譜分析問(wèn)題，提出了一種基于NSTFT-WVD變換的方法。該方法通過(guò)將非平穩(wěn)短時(shí)傅里葉變換和頻率瞬時(shí)密度矩譜相結(jié)合，能夠更準(zhǔn)確地表示VFTO信號(hào)的頻譜特性。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該方法在VFTO頻譜分析中的優(yōu)越性和有效性。未來(lái)工作可以進(jìn)一步優(yōu)化算法，提高計(jì)算效率或結(jié)合其他信號(hào)處理方法，以更好地應(yīng)用于實(shí)際工程中。參考文獻(xiàn)：[1]姜曉月,王立偉.電力系統(tǒng)VFTO頻譜分析方法研究[J].高壓電器,2017,53(7):34-40.[2]李明,張凱,王偉光,等.基于NSTFT-WVD的短時(shí)傅里葉分析方法[J].物理學(xué)進(jìn)展,2021,41(4):