电力系统中带噪谐波的检测与治理研究

论文摘要

现代社会,电能是一种不可或缺的能源,在人们的生活中发挥着巨大的作用。随着工业与经济的不断发展,对电能质量的要求也变得越来越高。由于电能中谐波的存在,极大的降低了电能的质量。为了得到更理想的电能,对谐波的检测与治理就显得非常急迫,而且有重要的现实意义。因而如何准确、快速的检测到谐波,以及如何实时的治理谐波就成为电力领域的一个热点问题。在谐波检测治理的过程中,谐波的检测非常重要。目前市面上的谐波检测仪大部分采用快速傅立叶算法检测谐波。由于傅立叶分析对于非平稳信号的局限性,以及电网信号一般存在噪声的特点,使得采用单纯的快速傅立叶算法来检测谐波就显得不合适。而小波变换由于具备多尺度、多分辨率的特点,能够把不同频带的信号分解到不同尺度上。这样,对于非平稳的电网信号来说,可以很准确的检测到谐波中的暂态分量。本文首先研究了带有噪声的电能信号的去噪问题,对传统的小波阈值去噪法进行改进,得到了一种改进的小波阈值去噪方法。与传统的小波阈值去噪法以及傅立叶变换去噪法相比,改进的算法有较大优势。其次针对谐波的特点以及傅立叶变换与小波变换的特点,改进得到一种快速傅立叶变换与MALLAT算法相结合的谐波检测方法,该算法对电能信号谐波检测有独特的优势。最后对谐波的治理进行了研究,特别是APF对谐波的治理进行了研究,通过搭建SIMULINK仿真模型,研究APF治理谐波的有效性。另外,本文还设计制作了谐波前端数据处理模块,以及FPGA最小系统,在FPGA最小系统里面对FFT核进行了仿真分析。通过仿真,验证了FFT核可以很好的用于谐波的检测算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 谐波概述
• 1.2.1 谐波定义
• 1.2.2 电网中谐波的产生与来源
• 1.2.3 谐波的危害
• 1.2.4 谐波的相关标准与畸变指标
• 1.3 课题的研究现状
• 1.3.1 谐波检测现状
• 1.3.2 谐波的治理方法
• 1.4 论文的结构与主要工作
• 第二章 谐波检测理论
• 2.1 傅立叶变换相关理论
• 2.1.1 快速傅立叶算法理论
• 2.1.2 短时傅立叶分析理论
• 2.1.3 谐波检测中的频谱泄露问题
• 2.2 小波变换理论
• 2.2.1 多分辨率分析与Mallat算法
• 2.2.2 信号奇异性检测
• 2.3 FFT与MALLAT相结合的谐波检测方法
• 第三章 电力系统小波阈值去噪
• 3.1 电网噪声模型与去噪性能定义
• 3.1.1 电网噪声模型
• 3.1.2 去噪性能参数的定义
• 3.2 小波去噪方法
• 3.2.1 传统去噪方法
• 3.2.2 小波阈值去噪法
• 3.2.3 小波阈值估计方法
• 3.2.4 四种常用的小波阈值
• 3.2.5 小波阈值施加方式
• 3.3 改进的小波阈值去噪方法
• 第四章 改进的谐波检测算法研究
• 4.1 谐波模型
• 4.2 FFT谐波检测与小波变换谐波检测
• 4.2.1 稳态谐波分量
• 4.2.2 暂态谐波分量
• 4.3 电力系统带噪谐波检测研究
• 第五章 APF谐波治理与SIMULINK仿真
• 5.1 有源滤波器的基本知识
• 5.1.1 有源电力滤波器的工作原理
• 5.1.2 APF的拓扑结构
• p-i_q检测法'>5.2 瞬时无功功率理论与i_p-i_q检测法
• 5.2.1 瞬时无功功率理论
• p-i_q检测法'>5.2.2 i_p-i_q检测法
• 5.3 APF谐波治理仿真
• 第六章 系统整体硬件结构
• 6.1 谐波信号前端处理
• 6.1.1 CT/PT互感器模块
• 6.1.2 信号处理模块
• 6.1.3 锁相倍频模块
• 6.1.4 A/D模块部分
• 6.2 FPGA最小系统
• 6.2.1 电源模块
• 6.2.2 存储扩展模块
• 6.2.3 下载配置部分
• 6.3 FFT核的在FPGA中实现过程
• 6.3.1 FFT核介绍
• 6.3.2 FFT核功能仿真
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 在校期间研究成果
• 致谢