基于DSP全光纤高压电力监测系统的研究与实现

论文摘要

全光纤电流互感器是新型电子式电流互感器的一种。与传统电流互感器相比,具有抗电磁干扰能力强、动态范围宽、绝缘结构相对简单、重量轻、易于与计算机通信的优点,在电力系统中有着广泛的应用前景。论文首先介绍了Faraday效应和偏振系统的Jones矩阵分析法基本理论,并利用Jones矩阵分析法建立了反射式Sagnac干涉型电流互感器的理论模型。其次,在分析反射式Sagnac干涉型光纤电流互感器二次数字信号处理系统需求的基础上提出了信号处理系统的架构,并详细介绍了各部分硬件模块,其中着重描述了基于硬件同步采样方法的AD转换模块与DSP核心模块。接着简要介绍了系统的软件模块。再次,本文研究了利用傅立叶变换进行谐波检测的方法,详细分析FFT应用于谐波分析时产生误差的两个原因—采样不同步和非时限信号的截断效应。讨论了同步采样和加窗对频谱泄漏的抑制作用。在此基础上选择加汉宁窗,通过插值算法对加窗后求出的结果做进一步调整,使其满足系统设计要求。接着,本文探讨了利用小波变换进行谐波分析的新方法,并在此基础上提出了将快速傅立叶变换和小波变换相结合的方法,即傅立叶和小波变换联合检测方法。利用小波变换的奇异信号检测能力和较好的时域分辨率,结合傅立叶变换准确的频域分辨能力对电网谐波信号模型进行分析。最后本文建立了各种类型的电网谐波的信号模型,并分别使用FFT与小波变换对这些模型进行仿真比较。通过比较总结出傅立叶变换和小波变换各自适用的谐波类型。接着本文通过构造一个综合的电网谐波信号对傅立叶和小波变换联合检测算法进行仿真研究,并与传统的分析方法进行了比较,仿真结果表明该方法明显优于传统分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究光纤电流互感器的意义及前景
• 1.2 光纤电流互感器的基本原理及分类
• 1.2.1 全光纤型
• 1.2.2 块状玻璃型
• 1.2.3 混合型
• 1.3 全光纤电流互感器的研究概况
• 1.3.1 国外研究概况
• 1.3.2 国内研究概况
• 1.4 本文的研究内容与篇章结构
• 第2章 全光纤电流互感器基本理论及模型
• 2.1 引言
• 2.2 FARADAY 效应
• 2.3 偏振光的JONES 矩阵分析法
• 2.3.1 偏振光的琼斯矢量表示法
• 2.3.2 偏振光系统的琼斯矩阵分析法
• 2.4 反射式SAGNAC 干涉型电流互感器的理论模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 反射式SAGNAC 干涉型光纤电流互感器二次数字信号处理系统
• 3.1 引言
• 3.2 二次信号处理系统的功能要求
• 3.3 二次信号处理系统的系统结构及原理
• 3.3.1 系统整体架构
• 3.3.2 模拟预处理模块
• 3.3.3 采样及AD 转换模块
• 3.3.4 DSP 核心模块
• 3.4 二次信号处理系统的软件模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 加窗插值傅立叶变换的谐波检测方法
• 4.1 引言
• 4.2 基本傅立叶变换
• 4.3 快速傅立叶变换
• 4.4 离散频谱分析中的频率泄漏和栅栏效应
• 4.5 同步采样和加窗对频谱泄漏的抑制
• 4.6 基于汉宁窗的加窗插值法
• 4.7 本章小结
• 第5章 傅立叶和小波变换的谐波的综合检测方法
• 5.1 引言
• 5.2 离散小波变换谐波分析
• 5.2.1 连续小波变换
• 5.2.2 离散小波变换
• 5.2.3 小波变换的分解与重构
• 5.3 小波和傅立叶变换联合检测方案
• 5.4 本章小结
• 第6章 谐波信号建模及算法仿真
• 6.1 谐波信号模型
• 6.2 算法仿真
• 6.2.1 傅立叶变换仿真
• 6.2.2 离散小波仿真结果
• 6.3 小波和傅立叶变换联合检测方案的仿真
• 6.4 本章小结
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文