基于小波包变换的谐波检测系统的研究

摘要

随着全球经济的飞速发展,人们对电能的需求也在不断地增加,同时对电能质量的要求也在逐步提高。随着电力电子技术的快速发展,电力电子装置的广泛应用,它们所产生的谐波信号对电力系统所造成的污染也日益严重。因此快速准确地检测出电力系统中谐波的含量,对于谐波污染的监督管理、谐波抑制与治理,保障电网经济稳定的运行具有重要的意义。
　　 本文首先对电力系统谐波的基本概念以及国内外研究的基本现状进行了介绍,深入探索了傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换以及小波包变换等谐波检测算法的基本原理并对其进行比较。通过对小波包算法在谐波检测中所存在的频谱混叠问题进行分析,提出了小波包滤波器组重构算法,并通过MATLAB仿真验证其有效性,仿真结果表明改进的小波包算法能够实现谐波信号频带的均匀划分,能更好地提取出信号的时-频特性,提高了谐波信号的检测精度,并且能使小波包分解的频带能够按照频率的大小连续排列,使其具有更高的直观性。
　　 根据谐波检测的要求,确定了谐波检测装置的硬件结构,提出了以DSP为核心的谐波检测系统。通过对电子元器件各参数进行对比,设计了模块化的硬件电路,其中包括信号调理电路、锁相环同步电路、数据处理模块以及通信接口电路等。在软件设计方面,对DSP主程序,数据采集程序等方面进行了设计,采用C语言与汇编语言相结合的方式,对小波包变换在DSP中进行程序编译,提高代码的可执行性。
　　 最后分别采用FFT、小波变换以及改进的小波包算法对稳态谐波信号、非稳态谐波信号、瞬态谐波信号以及含噪声的谐波信号进行MATLAB仿真,通过对比分析,仿真结果表明小波包变换不仅能检测出原始信号中的基波和各次谐波分量,还具有很高检测精度,最适合于谐波信号的检测。