复杂环境电压闪变包络参数提取与闪变值计算方法研究

摘要

电压闪变是电能质量的重要参数，是导致供、用电设备故障与失效的重要原因。电力系统非线性、冲击性负荷的剧增，对电力系统构成极大的污染，导致电网产生电压波动与闪变，增加了电网的不稳定因素，给工业生产和社会生活造成了严重影响。电压波动与闪变的快速准确测量，可为研究闪变源判别、抑制和消除电压波动与闪变的影响提供依据。
　　本文首先阐述闪变测量方法研究的社会意义和经济价值，介绍电压波动与闪变的基本概念及闪变评估指标，指出主要闪变源及其影响，分析现有电压波动与闪变检测方法的原理及其优缺点。
　　针对目前现有电压闪变包络参数提取方法难以快速、准确提取闪变包络参数的不足，分析基于Teager能量算子复杂环境闪变包络实时提取误差，详细推导并简化了能量算子闪变包络提取过程，提出改进能量算子闪变包络提取方法，构建改进能量算子闪变包络提取误差校正因子，进而采用5项 Rife-Vincent(I)窗加权修正改进能量算子提取的闪变包络信号，再将修正结果进行改进 Chirp-Z变换谱分析与校正，推导出电压闪变包络各分量幅值和频率的修正算式，提出并建立基于改进能量算子改进 Chirp-Z变换的电压闪变包络参数提取方法。与能量算子闪变包络提取方法相比，改进能量算子闪变包络提取方法无需平方根运算，减少了计算量，有效克服了谐波与间谐波的干扰，基于5项 Rife-Vincent(I)窗的改进Chirp-Z变换有效的抑制了频谱泄漏和栅栏效应产生的误差，闪变包络提取误差校正因子提高了闪变包络幅值测量的准确度。仿真结果表明，该方法具有较高的测量精度，能有效克服谐波与间谐波、基波频率变动和白噪声对测量结果的干扰。
　　结合改进能量算子闪变包络提取方法，提出基于改进能量算子Nuttall窗频谱校正的闪变包络参数估计方法，对比分析改进能量算子改进 Chirp-Z变换和改进能量算子Nuttall窗频谱校正的电压波动参数估计方法的准确度，简化IEC推荐的闪变测量过程，提出并建立改进能量算子Nuttall窗频谱校正的闪变包络实时提取与闪变值计算方法。仿真结果表明，该方法能实现复杂环境电压闪变包络参数及闪变值的准确测量。
　　为验证本文提出的基于改进能量算子 Nuttall窗频谱校正的闪变包络参数提取与闪变值计算方法的实时性和有效性，构建基于ADC+DSP+ARM架构的电压闪变在线检测试验平台，详细介绍了信号取样单元、以ADS8556为核心的数据采集单元和以 TMS320C6745为核心的数据处理单元的电路设计，给出闪变测量单元各个模块的软件设计流程。建立电压闪变在线检测试验平台，开展大量的闪变测量测试实验，并分析影响闪变值测量结果的误差原因。实测结果表明，本文提出的方法可实现闪变包络参数及闪变值的实时准确测量，满足嵌入式系统实现的电压闪变参数测量的实时性和准确度。

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第 1章绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 电压波动与闪变

1.3 现有电压闪变检测与分析方法

1.4 本文研究的主要内容

第 2章电压闪变包络参数估计方法研究

2.1 电压闪变模型

2.2 改进能量算子电压闪变包络提取

2.3 改进Chirp-Z变换谱分析

2.4 电压闪变包络参数估计

2.5 仿真实验与分析

2.6 本章小结

第 3章闪变在线检测与闪变值计算方法研究

3.1 闪变包络参数实时提取

3.2 闪变值计算

3.3 仿真实验与分析

3.4 检测方法比较

3.5 本章小结

第 4章电压闪变在线检测试验平台设计

4.1 试验平台的构成与工作原理

4.2 试验平台的硬件电路设计

4.3 软件设计

4.4 抗干扰设计

4.5 本章小结

第 5章电压闪变在线试验平台测试与检验

5.1 测量实验

5.2 误差分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间申请与获得的专利与软著

附录C 攻读硕士学位期间主研的科研项目

附录D 攻读硕士学位期间获得的奖励

附录E 电压闪变在线检测试验平台实物