基于Hilbert-Huang变换的牵引供电系统电能质量检测方法的研究

论文摘要

近几年来,由于电力电子器件和非线性装置的广泛应用,使得电网中的电压和电流波形畸变越来越严重,造成了电能质量的恶化。传统的电能质量检测常用傅立叶变换方法,但该方法不适用于非平稳、非线性的暂态电能质量检测。因此寻求新的更适用于非平稳、非线性信号的分析方法就显得尤为重要。本文利用Hilbert-Huang变换方法对电能质量进行检测分析,着重分析了电力系统短时电能质量扰动信号及谐波信号,并且首次将该方法用于电气化铁道谐波电压、谐波电流实测数据的检测分析中。通过对实测数据的仿真分析,结果表明Hilbert-Huang方法在电气化铁道谐波检测中是非常有效的。本文的主要工作如下:深入研究了Hilbert-Huang变换理论,并着重研究如何运用该方法检测电网电能质量问题,包括暂态电能质量（电压骤升、电压骤降、电压中断,暂态振荡和暂态冲击等）的检测和谐波（稳态谐波、间谐波、分数谐波和时变谐波等）检测。针对HHT方法中存在的端点效应问题,本文在原有改进方法的基础上,提出了两种改善方法:基于人工神经网络和镜像延拓相结合的新的时间序列延拓方法、基于支持向量回归机和镜像延拓相结合的新的时间序列延拓方法,这两种智能方法与镜像延拓方法的结合,取长补短,仿真分析结果表明其改善端点效应的效果非常好。本文还对所提的两种方法作了比较分析,结果表明,对于大多数信号而言,基于支持向量回归机和镜像延拓相结合的方法要优于基于人工神经网络和镜像延拓相结合的延拓方法。本文详细分析了电气化铁道谐波的特点,在此基础上综述了目前电气化铁道谐波检测的常用方法及其各自的优缺点。由于电气化铁道电压、电流信号中基波的能量相对其它各次谐波的能量大得多,直接应用HHT方法存在模态混叠问题,不能将基波以及各次谐波有效地分开;因此本文将Yang提出的基于Fourier变换的EMD方法,并结合本文提出的基于支持向量回归机和镜像延拓相结合的数据延拓方法,应用于电气化铁道谐波检测中。应用该方法有效地分离出了基波及各次谐波信号。对分离出的单分量谐波信号进行Hilbert变换,可以得到各次谐波的瞬时频率和瞬时幅值,即可以得到真正意义上的时频分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 牵引供电系统电能质量的研究现状
• 1.2.2 Hilbert-Huang变换在电力系统中的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 Hilbert-Huang变换基本理论
• 2.1 Hilbert-Huang变换概述
• 2.1.1 固有模态函数IMF
• 2.1.2 经验模态分解方法EMD
• 2.1.3 Hilbert谱分析
• 2.1.4 Hilbert边际谱
• 2.2 Hilbert-Huang变换方法存在的问题
• 2.2.1 HHT的端点效应问题
• 2.2.2 HHT的模态混叠问题
• 2.2.3 EMD的样条拟合问题
• 2.2.4 EMD的筛分停止准则问题
• 2.3 本章小结
• 第3章 HHT在电能质量检测中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 HHT在暂态电能质量检测中的应用
• 3.2.1 电压骤升、骤降和中断信号的HHT分析
• 3.2.2 暂态脉冲、暂态振荡信号的检测
• 3.3 谐波信号的HHT分析
• 3.3.1 整数次谐波的检测
• 3.3.2 倍频信号的HHT分析
• 3.3.3 间谐波、分数谐波信号的检测
• 3.3.4 时变谐波信号的检测
• 3.3.5 多频谐波信号的HHT分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 改善HHT端点效应的新方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于人工神经网络和镜像延拓相结合的数据延拓方法
• 4.2.1 仿真信号的延拓及HHT分析
• 4.2.2 谐波信号的延拓及HHT分析
• 4.2.3 多频谐波信号的延拓及HHT分析
• 4.3 基于支持向量机和镜像延拓相结合的新方法
• 4.3.1 仿真信号的延拓及EMD分析
• 4.3.2 谐波信号的延拓及EMD分析
• 4.3.3 多频谐波信号的延拓及EMD分析
• 4.4 结论
• 第5章 Hilbert-Huang变换方法在电气化铁道谐波检测中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 电力系统谐波检测方法
• 5.3 基于Fourier变换的EMD方法
• 5.4 基于Fourier变换的EMD方法的仿真信号HHT分析
• 5.5 电气化铁道实测谐波信号的HHT分析
• 5.6 结论
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文