基于小波变换的谐波分析方法研究

摘要

电力系统的大力发展促进了电力电子设备和各种非线性负荷的广泛应用，但其产生的谐波污染、电能质量等问题亟待妥善的治理，精确地谐波检测与分析是解决谐波问题的重要依据。 电力系统谐波检测的问题是难以对暂态、突变、不平稳信号进行检测分析，而实时分析和计算暂态谐波信号是评估和改善电能质量状况的首要依据。本课题针对现有谐波分析方法存在的暂态谐波分析鲁棒性和精度差的问题，研究小波变换在谐波信号处理方面的优劣性，提出了改进的小波变换电力系统谐波分析方法，解决了傅里叶变换丢失时间信息的问题，对检测突变、短时冲击、高频谐振等谐波信号分量具有良好的效果。 本文主要内容分以下几点： （1）分析电力系统谐波检测及现存的问题，着眼于国内外电力系统谐波的研究现状及传统的谐波检测和分析方法，比较目前谐波分析常用的分析方法发现小波分析方法在信号分析和处理方面的独到优势，从而重点研究小波变换的基本原理及连续小波变换、离散小波变换、Mallat算法、小波包算法等小波理论，并针对小波变换过程中不可避免产生的频率混叠现象进行原理性地分析。 （2）对比现有的小波抗混叠算法（混叠补偿算法，内插值优化法）的优劣性，充分挖掘db系列小波消失矩阶数大、良好的频带划分效果的特性，并提出双通道2级混叠补偿方案来改善小波混叠，改进的小波变换电力系统谐波分析方法：通过离散小波变换可将信号分解成低频频带和高频频带两部分，将分解后的子频带信号用连续小波变换进行分析，提取小波系数，从而得到信号的突变频率和信号在时域的具体位置并重构这些奇异分量。仿真表明改进的算法实时性良好、精度较高。 （3）分析电力系统谐波信号的特征及信号奇异性检测原理；针对电力系统常见、暂态谐波信号进行抗混叠小波变换分析及针对时变谐波信号采用复morlet小波进行小波时频分析，利用小波变换对电力系统谐波信号进行分解，找到尺度上幅值最大的局部小波系数模极大值点，精确定位突变点的起止时刻且可得到突变点的幅值和频率信息，仿真证实小波变换在检测电力系统谐波暂态、突变点的有效性。 针对现代电力系统出现异常状况，如信号中含有突变、短时冲击、高频谐振等谐波成分，FFT因其丢失时间信息，无法定位谐波信号的发生时刻；小波变换具有可变的时-频窗口，适合分析不平稳信号，通过改进小波变换算法并应用场景，表明改进算法能有效检测和分析电力系统谐波，具有一定的实用价值。

目录

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 谐波检测和分析的研究现状

1.3 小波理论在电力系统谐波分析中的研究现状

1.4 本文的研究内容及结构安排

2 小波变换理论

2.1 连续小波变换

2.2 离散小波变换

2.3 多分辨分析和Mallat算法

2.4 小波包理论

2.5 小波基和小波函数的选取

2.6 本章小结

3 小波频率混叠现象及混叠抑制方法研究

3.1 谐波检测中的频谱混叠问题

3.2 目前主流的小波抗混叠方法

3.3 不同抗混叠方法的仿真

3.4 提出改进混叠补偿的方法

3.5 改进混叠补偿方法在谐波信号中的仿真

3.6 本章小结

4 基于小波变换的电力系统谐波信号分析

4.1 电力系统谐波信号的特征

4.2 小波分析用于信号奇异性检测

4.3 电力系统常见谐波信号分析

4.4 电力系统暂态谐波信号的研究与分析

4.5 基于复morlet小波电力系统时变谐波信号的时频分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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