油田供电系统谐波检测与治理方案的研究

论文摘要

在油田工业中,由于变频器、整流器以及冲击性大且频繁的机械设备的大量使用,谐波污染非常严重,目前还没有成熟的普遍可推行的谐波检测及抑制方案,这不仅给油田工业带来了大量的电费损失,而且还影响了甚至严重干扰了油田供电系统及用电设备的正常运行。如何对油田供电系统谐波进行有效地检测及抑制具有非常重要的现实意义。本文在了解谐波产生基本原理、国内外开展此项工作的现状和发展趋势的基础上,针对目前谐波检测系统中存在的问题,设计了一种有效的谐波检测电路,应用小波变换方法和DSP技术来提高信号检测处理的实时性和准确性。本文主要介绍了以下几方面内容:首先,在了解小波变换基本理论的基础上,用多分辨率分析理论对谐波信号进行仿真分析,接着在多分辨率分析的基础上介绍了Mallat算法并应用于谐波检测,提高了实时性,对Mallat算法中的细节信号进一步分解,得到了小波变换的改进算法,仿真结果表明,改进小波算法不仅算法简单,计算量少,具有较高的实时性,而且对细节信号特别是信号的奇异点特别敏感,实时跟踪谐波变化,能够精确捕获奇异信号出现及消失的时刻,非常适用于提取奇异信号,这是传统的傅立叶变换和小波变换所欠缺的。其次,在硬件方面,主要是设计了数据采集电路,并将数据采集电路与TI DSP开发系统相连接,对谐波信号进一步处理,处理后的信号经有源滤波器的控制环节控制逆变主回路产生补偿信号补偿谐波。然后,在软件方面,用汇编语言编写了小波分析Mallat算法。在完成了硬件和软件设计后在实验室进行了仿真,仿真结果表明:所设计的谐波检测电路以及所应用的软件处理方法总体上是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本课题的主要内容
• 第二章 电力系统谐波检测及抑制基本原理
• 2.1 电力系统的谐波问题
• 2.1.1 电力谐波定义
• 2.1.2 电力系统中谐波产生的主要原因
• 2.1.3 油田供电系统中的主要谐波源
• 2.1.4 油田供电系统的负载及谐波特点
• 2.1.5 电力谐波畸变指标
• 2.2 电力谐波检测技术
• 2.2.1 采用模拟带通或带阻滤波器谐波检测方法
• 2.2.2 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法
• 2.2.3 基于傅立叶变换的谐波检测方法
• 2.3 电力谐波抑制技术
• 2.3.1 主动型谐波抑制技术
• 2.3.2 被动型谐波抑制技术
• 第三章 基于小波变换的谐波检测与仿真
• 3.1 小波变换概述
• 3.1.1 小波变换定义
• 3.1.2 离散小波变换和二进小波变换
• 3.1.3 多分辨率分析（MRA）
• 3.1.4 正交小波算法（Mallat）
• 3.2 基于小波变换的谐波检测
• 3.2.1 基于MRA思想的谐波检测
• 3.2.2 小波变换与FFT的比较
• 3.2.3 基于Mallat算法的谐波检测
• 3.3 改进小波变换
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于DSP供电系统谐波检测及抑制系统设计
• 4.1 谐波检测及抑制系统设计
• 4.2 DSP芯片的选择
• 4.3 CCS和DSK功能简介
• 4.4 数据采集单元
• 4.4.1 互感器选择
• 4.4.2 信号预处理单元
• 4.4.3 模数转化
• 4.5 有源滤波器基本原理
• 4.5.1 APF原理框图
• 4.5.2 PWM控制原理
• 4.5.3 主回路及其控制方式
• 4.5.4 APF控制方式及控制策略
• 4.6 系统软件设计及调试
• 4.6.1 DSP软件编程的步骤
• 4.6.2 软件系统的总体设计
• 4.6.3 系统软件编译
• 4.6.4 DSP仿真
• 4.6.5 硬件电路调试
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢