电力系统谐波分析方法研究及硬件实现

摘要

电力系统谐波问题并不是一个新现象。从交流电的出现初期以来，如何将谐波限制在可以接受的比率下一直是电力工作者所关心的问题。近年来，随着电力电子技术在电网中的广泛应该用，电网谐波问题已经变得日益突出，严重威胁着电能质量。因此对电力系统谐波参数测量与谐波分析越来越受到人们的关注。谐波具有非线性、随机性、非平稳性等特征，所以对谐波很难进行精确测量分析。
　　本文首先介绍了谐波的定义、谐波的产生以及谐波对电网的危害；并阐述了分析谐波的实际意义。然后对电网谐波相关基本理论进行概述，包括谐波的特性、畸变率以及电网安全运行对谐波的一些规定。接着本文着重介绍了目前常用的几种谐波分析方法原理、应用现状及存在的问题。例如快速傅里叶变换法，小波变换法，神经网络法。在介绍传统谐波分析方法的同时，本文对离散傅里叶变换(DFT)的变换区间长度N采用不同取法进行仿真。通过MATLAB仿真表明：当变换区间长度N取40的整数倍时能够有效避免频谱泄露和栅栏效应现象。同时随着现在硬件水平的不断提高，也为这种N的选取策略提供了硬件平台。
　　最后本文针对快速傅里叶变换法(FFT)采用硬件电路实现。从电网采集电压电流信号降压后，经过 AD 转换将模拟信号转换为数字信号，送入 FFT 模块进行 FFT分析得到电压畸变率，电流畸变率。同时也对电压电流有效值，视在功率进行计算。这样就可以通过这些参数来分析电网谐波。为了更加方便看到谐波的变化情况，硬件电路也实现了在液晶显示器上显示出电压电流波形图以及FFT频谱图的功能。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1绪论

1.1电力系统谐波的产生与危害

1.2电力系统谐波的抑制及其意义

1.3电力系统谐波的研究现状

1.4本论文的主要工作

2 电力系统谐波的基本理论

2.1 电力系统谐波的基本概念与特性

2.2 电力系统谐波的表示方法

2.3 电力系统谐波畸变度量方法及标准

3电力系统谐波分析方法

3.1基于快速傅里叶变换（ FFT ）的谐波分析

3.2基于小波变换法的谐波分析

3.3基于神经网络法（Neural Network, NN）的谐波分析

4电力系统谐波分析的硬件实现

4.1硬件电路总框架图

4.2进线控制电路

4.3电网信号采集电路

4.4 CPU搭建

4.5 VGA显示构建

5 硬件电路的测试结果

5.1硬件电路测试结果

5.2示波器观察结果

5.3负载对谐波的影响

6总结与展望

6.1论文总结

6.2论文展望

参考文献

附录1：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著

附录2：FFT算法程序

附录3：电网信号采集电路总图

附录4：硬件电路实物图

致谢