基于小波变换与现代谱估计的谐波检测方法研究

摘要

随着社会现代化进程的不断发展,电力系统遍及各行各业,再加上大量的非线性元器件的投入使用,电网中的谐波问题越来越复杂。由以往电力系统发生的故障经验可以看出,部分是由谐波造成的。因此,为了改善和提高电能的质量,必须要采取有效的技术手段。能够准确的检测故障发生的位置以及故障发生的原因。针对这样的问题,在已有的研究成果基础之上,对电力系统谐波的检测与调控方法作进一步的研究。傅立叶变换最早应用于谐波的检测也最为经典。但是随着电力系统变得越来越复杂,加入的随机有害噪声严重影响了傅立叶变换检测的效果,而且傅立叶变换的方法不能兼顾频域和时域。再加上其运算量比较大,这就导致它不能满足实时性检测的要求。
　　针对这一情况,选择了小波变换的谐波检测方法。通过大量的仿真实验证明,对于绝大多数的谐波都能有较好的检测效果。尤其是其在消除噪声方面的显著作用。由于小波变换具有良好的时域与频域局部化特性,这也是它能在现代谐波检测中得到广泛应用的原因。而现代谱估计中的Prony算法理论又具有较高的频率分辨率,能分离出各频率分量。利用这种方法的谐波检测并且通过Matlab仿真可以发现,在无噪声干扰的情况下,Prony算法具有很好的检测效果。但是在加入噪声后的仿真可以发现其受噪声的影响非常大。在经典Prony算法的基础上,针对实际环境对传统的Prony算法进行改进,该方法不仅大大减少了运算量,而且可以在低噪声的环境下无需消噪就能够精确的分析。针对上述出现的结果以及前面提到的小波变换在信号去噪方面的独特之处,因此,运用综合小波变换与现代谱估计相结合的谐波检测的方法。通过弥补两者的不足,取两者的优点。通过反复的仿真验证,得出这样的思想是满足要求的。而且有着很好的检测效果。
　　本文主要就是针对以上所讲述的思想进行仿真验证。通过仿真证明这种思想的可行的。使得谐波检测变得更加简单、高效、快捷。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.1.1 谐波的概念

1.1.2 谐波的产生原因及危害

1.1.3 谐波管制标准

1.1.4 电力系统谐波的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 几种常用的谐波检测方法

1.2.2 谐波治理的必要性

1.3 本文主要工作及结构安排

第二章 电力系统谐波的调控

2.1 公用电网谐波调控的几种措施

2.1.1 无源电力滤波器(PPF)

2.1.2 有源电力滤波器(APF)

2.1.3 混合型滤波器

2.2 电力滤波器的设计

2.2.1 电力滤波器设计条件

2.2.2 电力滤波器设计步骤

2.3 谐波检测与调控的结合

2.4 本章小结

第三章 电气谐波的数据采集

3.1 数据采集概述

3.1.1 数字示波器数据采集

3.1.2 数据采集原理及接口电路

3.2 电气谐波的数据采集

3.2.1 给定条件的几种数据采集

3.3 本章小结

第四章 电力系统谐波检测的小波变换分析

4.1 小波变换

4.1.1 谐波的小波分析

4.1.2 基于小波分析的谐波检测

4.1.3 小波分解与重构原理

4.1.4 小波变换分析的Matlab仿真

4.2 信号去噪以及分离

4.2.1 阈值函数

4.2.2 基于小波变换的信号分离

4.2.3 基于小波分析的各次谐波的识别

4.3 特殊环境下的小波变换分析

4.3.1 故障导致的信号的突变

4.3.2 含有快速变化的信号

4.4 谐波的消除

4.4.1 抑制谐波的小波变换方法

4.4.2 Matlab仿真

4.5 本章小结

第五章 电力系统谐波检测的现代谱估计分析

5.1 现代谱估计理论

5.1.1 Prony算法简介

5.1.2 Prony算法在信号处理中的应用以及特点

5.2 prony算法原理

5.2.1 复指数法

5.2.2 Prony算法的改进

5.3 运用Prony方法进行matlab仿真

5.3.1 经典Prony算法仿真

5.4 本章小结

第六章 基于小波变换与现代谱估计的谐波检测

6.1 小波分析与谱分析结合的思想

6.1.1 噪声对prony方法拟合的影响

6.1.2 使用小波变换与prony方法结合前后的matlab仿真对比

6.2 改进Prony算法的应用

6.3 matlab仿真

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目