频率动态过程中基于FFT的电力谐波测量研究

摘要

随着非线性设备的广泛应用，尤其是近年来新能源并网工程的大量投用，电力系统中的谐波污染日趋严重。对电力谐波参数进行准确、实时的测量是治理谐波污染的前提和重要技术手段。基于快速傅里叶变换(FFT)的谐波测量方法由于计算速度快、易于工程实现等优势，在电力谐波在线监测中得到了广泛的应用。然而，风电、光伏等新能源发电的有功输出功率具有不确定性，可能造成发电与负荷不平衡，从而导致电网频率偏移，甚至发生频率宽范围波动和频率崩溃等现象。在频率动态过程中，由于非同步采样造成的频谱泄漏等问题的存在，基于FFT的电力谐波测量方法存在较大的误差，甚至可能测量失败。非同步采样下的改进测量方法，从采样方式上分为两类:定速率采样与自适应采样。定速率采样方法的采样频率恒定，通过时域或频域上的插值等算法来减小非同步采样的影响。自适应采样方法通过实时跟踪电网频率，自适应调整采样频率，使实际采样序列接近理想同步采样序列，包括硬件同步和软件准同步。
　　本研究考虑频率动态过程，分别对定速率采样方法与自适应采样方法进行改进。对于定速率采样方法，考虑了频率动态过程中的频率变化率，以相位差校正法为例，推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式，提高了频率动态过程中的谐波参数连续测量精度;对于自适应采样方法，在连续测量中根据前次测得的基波频率与前次计算所得的频率变化率来预测电网的实时基波频率，从而实时调整采样频率以跟踪变化的电网频率，减小了频率动态过程产生的频谱泄漏。对采用不同频率变化模型的电网信号进行仿真分析，并考虑互感器精度对测量系统的总误差进行评价。结果表明，所提出的改进方法较原方法具有更高的测量精度与实时性，更适用于频率动态过程中的谐波测量，实用性较高。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．1．1 电力谐波的产生

1．1．2 电力谐波监测的必要性

1．1．3 电力系统频率动态过程

1．2 电力谐波测量研究现状与发展

1．2．1 基于FFT的方法

1．2．2 小波变换法

1．2．3 沃尔什交换法

1．2．4 哈特利变换法

1．2．5 人工神经两络方法

1．2．6 基于瞬时无功功率理论的方法

1．2．7 数学形态法

1．3 现有电力谐波测量方法的不足

1．4 本文研究的主要内容

第2章 基于FFT的电力谐波测量方法

2．1 基于FFT的方法主要误差来源

2．1．1 频谱泄清

2．1．2 栅栏效应

2．1．3 非同步采样

2．1．4 其他误差来源

2．2 非同步采样下误差的抑制

2．2．1 频谱泄漏的抑制

2．2．2 栅栏效应的抑制

2．2．3 非同步采样下的改进测量方法

2．3 定速率采样方法

2．3．1 时域准同步法

2．3．2 多谱线插值法

2．3．3 相位差校正法

2．3．4 能量重心法

2．3．5 谱质心法

2．4 自适应采样方法

2．4．1 硬件同步

2．4．2 软件准同步

2．5 电力谐波测量相关标准

2．5．1 谐波测量方法

2．5．2 谐波测量精度

2．5．3 频率偏差与频率变化率

2．5．4 互感器精度

第3章 定速率采样方法的改进

3．1 定速率采样方法误差分析

3．1．1 归一化频率校正量

3．1．2 采样参数

3．1．3 相位校正公式

3．2 考虑电网频率变化率的改进方法

3．2．1 归一化频率校正量的修正

3．2．2 在线测量的实现方法

3．2．3 相位校正公式的修正

3．3 改进方法的仿真分析

3．3．1 频率稳定情况下的仿真分析

3．3．2 基频大范围波动情况下的仿真分析

3．3．3 基频变化不确定但有界情况下的仿真分析

3．3．4 频率崩溃情况下的仿真分析

3．3．5 仿真的实时性分析

第4章 自适应采样方法的改进

4．1 自适应采样方法误差分析

4．1．1 基频测量延时

4．1．2 采样参数与相位校正公式

4．2 预测实时基波频率的改进方法

4．2．1 确定每周期平均采样点数

4．2．2 预测实时基波频率

4．3 改进方法的仿真分析

4．3．1 频率稳定情况下的仿真分析

4．3．2 基频宽范围波动情况下的仿真分析

4．3．3 频率崩溃情况下的仿真分析

4．3．4 仿真的实时性分析

4．4 考虑互感器精度的测量系统误差评价

4．4．1 频率稳定情况下的仿真分析与系统误差

4．4．2 基频宽范围波动情况下的仿真分析与系统误差

4．4．3 频率崩溃情况下的仿真分析与系统误差

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果