谐波现代检测方法分析改进与试验平台设计

摘要

随着电力电子技术的不断发展，非线性设备被广泛应用，配电网中谐波污染问题日益严重，对电力系统的安全稳定、优质运行以及经济运行造成了威胁。因此，对谐波进行准确的检测和分析成为谐波治理的前提。 本课题针对现代谐波检测方法中傅里叶变换方法、小波变换方法和希尔伯特黄变换(HHT)方法进行了对比分析，确定了HHT方法的优势。在此基础上，针对HHT中经验模态分解(EMD)方法的模态混叠问题进行了分析，采用了集合经验模态分解(EEMD)方法，经仿真验证，该方法克服了间歇信号对EMD分解的影响，其分解能力和抗干扰能力也相对提高。同时针对谐波检测的实际应用，发现低信噪比信号和高次谐波间的密频信号会对EEMD分解造成影响。基于以上两类问题，进行了深入研究。 首先，对于低信噪比信号需要去噪预处理，提出了改进的小波阈值去噪方法和改进的EEMD阈值去噪方法，经实验验证，这两种去噪方法均能够达到很好的去噪效果，综合分析考虑后，选择实效性更高的改进的小波阈值去噪方法作为本课题去噪预处理的方法。 其次，针对高次谐波间的密频信号对EEMD分解产生的模态混叠问题，经过对EEMD方法的分解能力进行测试分析，提出了基于Hilbert频移的EEMD谐波检测方法，经实验验证，该方法能够准确的分离出高次谐波，很好地克服了高次谐波间的密频问题。将上述提出的去噪方法和谐波检测方法相结合，提高了EEMD方法在谐波检测应用中的适用性。 最后，本课题设计了谐波检测试验平台，为谐波检测方法提供开放的试验平台，包括以工控机为核心的谐波检测系统作为主机，其采用LabVIEW和MATLAB混合编程方式，利用该系统对本课题提出的去噪方法和谐波检测方法进行实验测试，进一步验证了本课题所提方法的有效性。此外，出于检测方法工程实用性的考虑，该平台还包括以DSP28335芯片为核心的谐波检测系统作为从机，并对其硬件和软件进行了设计，经实验验证，可实现对谐波的检测与分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究状况

1.3 谐波检测方法的研究现状和发展趋势

1.3.1 谐波检测方法的研究现状

1.3.2 谐波检测技术的发展趋势

1.4 论文研究的主要内容

第二章 谐波现代检测方法理论分析

2.1 谐波基础理论

2.2 谐波现代检测方法

2.2.1 基于快速傅里叶变换的谐波检测方法

2.2.2 基于小波变换的谐波检测方法

2.2.3 基于希尔伯特黄变换的谐波检测方法

2.3 HHT方法在谐波检测方面的优势

2.4 HHT方法中EMD在谐波检测中的模态混叠问题

2.4.1 EMD模态混叠问题产生条件

2.4.2 EMD模态混叠仿真分析

2.5 集合经验模态分解方法

2.5.1 EEMD方法的基本原理

2.5.2 EEMD分解优势仿真验证

2.5.3 EEMD方法的局限性

2.6 本章小结

第三章 谐波检测去噪预处理方法研究与改进

3.1 噪声对EEMD分解的影响

3.2 基于小波阈值去噪方法研究与改进

3.2.1 小波阈值去噪方法原理

3.2.2 改进的小波阈值去噪方法

3.2.3 小波阈值去噪方法仿真分析

3.3 基于EEMD阈值去噪方法研究与改进

3.3.1 EEMD阈值去噪方法原理

3.3.2 改进的EEMD阈值去噪方法

3.3.3 EEMD阈值去噪方法仿真分析

3.4 两类改进的阈值去噪方法比较

3.4.1 去噪性能分析

3.4.2 去噪后分解性能测试

3.5 本章小结

第四章 谐波信号间密频问题研究

4.1 密频信号对EEMD的影响

4.1.1 EEMD分解性能测试

4.1.2 EEMD分解条件验证

4.1.3 密频信号引起的模态混叠现象

4.2 基于Hilbert频移的EEMD方法原理

4.2.1 频移条件推导

4.2.2 算法原理推导

4.2.3 基于Hilbert频移的EEMD方法在多频信号中的应用

4.3 基于Hilbert频移的EEMD方法仿真分析

4.3.1 算法对两分量密频信号的检测效果

4.3.2 算法对多频信号的检测效果

4.3.3 算法对整流信号的检测效果

4.4 本章小结

第五章谐波检测试验平台设计

5.1 谐波检测试验平台整体结构设计

5.2 试验平台主机部分设计

5.2.1 主机部分的硬件结构设计

5.2.2 主机部分的软件结构设计

5.3 试验平台从机部分设计

5.3.1 DSP选型

5.3.2 从机部分的硬件结构设计

5.3.3 从机部分的软件结构设计

5.4 实验分析

5.4.1 实验平台搭建

5.4.2 主机实验效果

5.4.3 从机实验效果

5.5 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果