基于多小波变换的畸变信号电能计量方法研究

摘要

随着现代工业科技的快速发展,大量的非线性设备装置接入电网使得电网信号产生了严重的畸变,更是带来了不容忽视的电能质量问题。特别是早前普遍使用的不可控和相控整流装备。这些非线性负载当其接入电网时必然会给电网中注入谐波污染,影响电能质量的同时更导致了电能计量的误差,现有的计量方法已经无法准确的在这种情况下进行计量了。同时,到目前为止中国还没有在畸变这种情况下统一的计量标准,也没有在通用的模型基础上研究准确合理的计量方法,因此本文针对这一问题进行了深入的研究。
　　本文首先应用Wiener泛函级数建立了畸变信号条件下的非线性负载信号的模型,通过对三种典型的非线性负载进行试验,验证了该模型的正确性。其次,建立了当前电网简化的模型,并给出了畸变信号条件下的信号功率表达式,分析了传统的电能计量方法在当前畸变信号下的电能计量所存在的问题,然后在Wiener泛函模型的基础上对三种典型的非线性负载进行了功率潮流分析仿真,实验结果表明了应用Wiener泛函建立的非线性负载模型可以用来进行功率潮流分析,并给出了合理的电能计量方法。然后,研究了基于信息熵评价指标的多小波变换原理并给出了基于多小波的电能计量算法,通过仿真分析验证了多小波电能计量算法的正确性。
　　最后,以模块化的方式设计了以FPGA+ARM为架构的畸变电能计量试验仪,并在试验仪上进行了多小波算法的实时性测试,结果表明基于多小波的电能计量算法具有良好的实时性。试验仪硬件部分主要有模拟信号发生器、AD采集电路、主体运算模块以及外围相应的配置电路。软件方面,完成了多小波电能计量的软件设计,此外还设计了ARM与FPGA的通信和试验仪的GUI图形界面模块。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 稳态畸变信号条件下电能计量方法研究概况

1．2．2 非稳态畸变信号条件下电能计量方法的研究概况

1．3 本文研究内容

第2章 畸变信号下电网信号Wiener泛函级数建模

2．1 单个非线性电力负载电流信号建模

2．1．1 非线性负载信号的Wiener核获取

2．1．2 Wiener-G泛函对负载信号的描述

2．2 复合非线性负载信号的建模

2．2．1 复合系统传递函数理论

2．2．2 复合系统Wiener核的求取

2．2．3 Wiener-G泛函描述复合系统负载信号

2．3 本章小结

第3章 畸变信号条件下电能计量方法研究

3．1 电网简化模型和电能计量的数学描述

3．1．1 电力网络的简化模型

3．1．2 电能计量的数学描述

3．2 现有电能计量方法分析

3．2．1 传统电能计量方法分析

3．2．2 基波表计量方法的分析

3．3 畸变信号条件下的电能合理计量方法

3．3．1 负载功率潮流分析

3．3．2 电能合理的计量方法

3．4 本章小结

第4章 畸变信号条件下多小波电能计量算法

4．1 基于信息熵评价指标的多小波畸变电能计量算法

4．1．1 多小波变换方法的基本原理

4．1．2 最优小波基的选取

4．2 多小波电能计量仿真分析

4．2．1 冲击性负载有功功率仿真

4．2．2 随机波动性负载有功功率计量

4．3 本章小结

第5章 基于FPGA+ARM架构的畸变电能计量试验仪设复计

5．1 畸变信号下电能计量试验仪总体设计方案

5．2 硬件设计

5．2．1 模拟信号发生器的设计

5．2．2 AD采样电路的设计

5．2．3 主体运算模块及外围配置电路设计

5．3 软件设计

5．3．1 电能计量算法的设计

5．3．2 ARM与FPGA之间的通信

5．3．3 嵌入式系统的启动与移植

5．3．4 Qt系统的开发与移植

5．3．5 Qt桌面的交叉编译与移植

5．3．6 系统运行测试

5．4 多小波算法的实时性测试

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢