基于小波变换的电力系统谐波分析与检测方法研究

论文摘要

近年来剧增的非线性负载电力设备导致大量谐波电流产生,电力系统谐波威胁电网的电能质量和用户设备的安全运行问题一直是一项富有挑战性的研究课题,已经引起了很多学者与工程技术人员的关注。电网的污染主要来源于无功功率损失和谐波这两个方面,因此有效的抑制谐波,消除电网的干扰和进行无功功率补偿,是改善电能质量的亟待解决的技术问题。谐波分析与检测是谐波问题中的核心内容,对电网中的谐波含量进行实时分析、检测、抑制,防止谐波危害,维护电网的安全运行是十分必要的,这些都是谐波问题研究的主要依据和最终目标。本文首先阐述了电力系统谐波产生的原因、谐波危害等以及电力系统各种谐波分析与检测方法。简单概述傅立叶变换法、Prony法、Pisarenko法以及小波变换算法在谐波分析中的应用和模拟滤波器检测法,瞬时无功功率理论检测法,自适应检测法,神经网络检测法等,并对各种方法优缺点进行比较,为进一步的基于小波变换谐波分析与检测法研究做铺垫与参照作用。本文研究重点首先根据小波包变换分解算法,推导出由小波包变换分解系数表达谐波电流电压以及电能功率的有效值(RMS),达到电力系统谐波分析的目的;在此基础上,提出一种基于两阶段法改进型谐波分析方法,以消除小波变换的混叠与频谱泄漏现象;通过仿真计算的结果验证该方法的精确度完全符合电力谐波分析要求,效果好于直接计算电流值。接着提出一种利用最小描述长度准则选择最优小波函数的方法,结合小波包函数分解与重构的性质,将原始电流信号进行按不同频带分离,进而完成基波与谐波的分离达到谐波检测的功能;并结合瞬时无功功率谐波检测法,将小波包分解与重构算法运用其中,理论研究与仿真实验结果验证了该方法的有效性和结论的正确性。文章最后重点研究了谐波小波变换在电力系统谐波分析中的应用,通过改进的谐波小波变换推导出用于电力系统谐波分析的谐波小波算法与自适应谐波小波算法,通过仿真与FFT谐波分析法对比,验证了该方法具有高精度性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景、研究现状以及意义
• 1.1.1 谐波产生与危害
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.1.3 谐波分析与检测技术的研究现状
• 1.1.4 课题意义
• 1.2 小波理论在谐波分析与检测方法中的应用
• 1.2.1 小波理论在电力系统谐波中的应用现状
• 1.2.2 小波理论在电力系统应用中的不足
• 1.3 论文完成的主要工作及创新之处
• 1.3.1 论文完成的主要工作与结构安排
• 1.3.2 论文创新处
• 第二章 电力系统谐波分析与检测方法
• 2.1 概述
• 2.2 电力系统谐波分析方法
• 2.2.1 基于傅立叶变换法谐波分析
• 2.2.2 基于Prony 法谐波分析
• 2.2.3 基于Pisarenko 法谐波分析
• 2.2.4 基于小波变换法谐波分析
• 2.2.5 各类谐波分析方法比较
• 2.3 电力系统谐波检测方法
• 2.3.1 模拟滤波器谐波检测法
• 2.3.2 基于瞬时无功功率理论谐波检测法
• 2.3.3 自适应谐波检测法
• 2.3.4 基于神经网络谐波检测法
• 2.3.5 谐波检测方法比较
• 2.3.6 谐波检测技术发展趋势
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于小波包变换谐波分析法
• 3.1 小波变换理论
• 3.1.1 小波变换定义与特点
• 3.1.2 小波变换与傅立叶变换的比较
• 3.2 小波包变换理论
• 3.2.1 小波包定义与性质
• 3.2.2 最优小波包基的选取
• 3.3 基于小波包变换电力系统谐波分析算法
• 3.3.1 电流与电压的小波包系数表示算法
• 3.3.2 基于Haar 小波谐波分析与仿真
• 3.3.3 基于Daubechies（dbN）小波谐波分析与仿真
• 3.4 改进型谐波分析方法
• 3.4.1 两阶段法理论
• 3.4.2 仿真计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于小波包变换谐波检测法
• 4.1 小波母函数的选择方法
• 4.1.1 最小描述长度准则
• 4.1.2 基于最小描述长度准则选取最优小波函数
• 4.2 基于小波包变换谐波电流检测原理
• 4.3 小波包变换系数的分解与重构
• 4.4 小波包变换在平稳谐波信号检测中运用
• 4.4.1 平稳谐波信号建立
• 4.4.2 仿真实验
• 4.5 小波包变换在非稳态谐波信号检测中运用
• 4.5.1 畸变谐波信号源构成
• 4.5.2 非稳态谐波仿真
• 4.6 小波包变换与瞬时无功功率法联合谐波检测法
• 4.6.1 有源滤波器原理
• 4.6.2 联合小波包变换的瞬时无功功率法谐波检测法
• p - i_q 检测法仿真'>4.6.3 联合小波变换i_p - i_q检测法仿真
• 4.7 本章小结
• 第五章 谐波小波在谐波分析中应用
• 5.1 谐波小波分析
• 5.1.1 经典谐波小波
• 5.1.2 谐波小波的改进
• 5.1.3 谐波小波包
• 5.1.4 谐波小波优点
• 5.2 基于谐波小波谐波分析
• 5.2.1 信号谐波小波变换表达式
• 5.2.2 谐波小波算法
• 5.2.3 基于谐波小波仿真与结果分析
• 5.3 基于自适应谐波小波谐波分析
• 5.3.1 自适应谐波小波算法
• 5.3.2 基于自适应谐波小波仿真与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文