基于频距估量的自适应谐波检测算法研究

摘要

随着非线性负荷量的增加，由其引起的谐波污染问题日益严重。这些问题不仅威胁到电力系统的安全运行，也缩短了电力系统中设备的使用寿命，所以高精度的谐波分析一直是研究者的关注重点。目前有关谐波检测方法的研究非常活跃，常用的方法主要有时域和频域两种检测方法。在众多检测算法中，基于傅里叶变换的谐波检测算法由于其具有可靠性好和计算精度高的特点被广泛应用于实际，但由于非同步采样所产生的频谱泄露和栅栏效应影响了其分析精度，所以研究者们提出各类改进算法。
　　考虑到实际谐波检测中的数据采集几乎不能做到严格的同步采样，使谐波分析出现误差，本文所改进的检测算法主要意图在于减小或消除同步误差。针对这些问题，本文重点研究了两类基于傅里叶变换的改进谐波检测算法，它们分别为基于加窗插值的谐波检测算法和基于中心频移的谐波检测算法。
　　首先对加窗插值的算法提出了改进，分析了现有常用的高精度数据处理窗函数，从对比中选择了性能更优的六项余弦窗并提出了高精度的四谱线插值算法，经过理论推导和仿真实验结果中可发现该算法在平稳的谐波信号环境中具有高精度检测的特点；然后，根据检测单正弦信号的Rife算法提出了基于中心频移的谐波检测算法，该算法在傅里叶算法的基础上增加了谱线频移的调整步骤，为了使其适用于电网谐波的检测中，本文提出了相应的限制参数与估算公式，通过仿真结果可知该算法在干扰信号环境中总表现出较强的鲁棒性。为了满足电网谐波环境多变性的要求，本文将以上两种算法相结合提出了基于频距估量的自适应谐波检测算法，该算法不仅具有自动识别信号环境的优点，同时还具备以上两种算法的检测优势。
　　本文将软件和硬件相结合设计了虚拟谐波检测系统。在硬件方面，采用12位精度的 ADIO2AD+实现检测系统对信号的采集转换作用；在软件方面，采用LabVIEW和Matlab的联合编程方式实现了谐波检测系统的分析处理功能；最后通过函数发生器AFG3021模拟电网谐波信号，对检测系统的检测功能进行测试。实验结果表明，本文所提算法的测量精度能够满足国家相应检测标准的要求。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 电网谐波参数提取算法的研究现状

1.3 本文主要研究内容

2.1 谐波模型的建立

2.2 FFT存在的问题及解决方法

2.3 多项余弦窗函数的研究

2.4 插值算法的研究

2.5 仿真实验

2.6 本章小结

3 基于中心频移的算法研究

3.1 Rife算法的基本概念及改进

3.2 基于中心频移的谐波参数估算算法

3.3 仿真实验

3.4 本章小结

4 基于频距判断的自适应谐波检测

4.1 基本概念及分析

4.2 算法的流程

4.3 仿真实验

4.4 本章小结

5 虚拟谐波检测系统的实现

5.1 LabVIEW的简介

5.2 谐波检测系统的模块介绍

5.3 测量实验

5.4 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

后记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著