基于HHT的电力系统谐波检测方法研究

论文摘要

近年来，随着电力电子技术的不断发展，各种非线性设备在电网中得到广泛的应用。配电网中谐波污染严重，造成电能质量水平降低和各种电气设备的故障。因此，研究合适的谐波检测方法，并依据检测结果提出合理的谐波抑制措施，具有重要的现实意义。傅里叶变换和小波变换是谐波信号检测中最常用的方法，大多数谐波检测工具，电能质量分析仪都是基于这两种理论，不过傅里叶变换有单分辨率的缺陷，小波变换存在对小波基过度依赖的问题，导致了它们在信号分析中对于时变，衰减、间断（间）谐波等非平稳谐波信号的检测会出现偏差，实时性检测效果不好。希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform ,HHT）是一种能自适应的处理非线性、非平稳信号的时频域分析方法。该方法可克服传统方法在检测突变谐波信号方面的缺陷，但自身也存在曲线包络、模态混叠等诸多问题。本文针对HHT方法在分析谐波信号时本身存在的问题，用保形分段三次厄尔米特函数替代经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）过程中的三次样条插值函数解决曲线包络问题，用相关系数法辨别虚假固有模态分量（IntrinsicMode Functions，IMF）分量。对典型谐波模拟信号（谐波和间谐波线性组合信号、含间断信号的谐波、含衰减信号的谐波及含噪声信号的谐波）进行HHT仿真分析，并将仿真结果与快速傅里叶变换（FFT）和离散小波变换（DWT）进行比较。结果表明对于时变、衰减、间断的谐波信号的HHT方法较小波变换和FFT更为精确。为消除基波分量对谐波分析精度的影响，本文提出先对原始信号进行滤波处理，设计二阶无限冲击响应（IIR）数字滤波器来滤除50Hz基波分量，以抑制EMD过程中的模态混叠现象。对滤波后的信号进行HHT分析，再采用最小二乘拟合提取谐波参数。仿真结果表明该方法可取得良好的谐波检测效果。应用本文方法对广东某钢铁厂的实测电流信号进行了分析，提取了各次谐波电流分量，并与电能质量分析仪（Unipower-U901）的测量值对比，结果表明本文方法的精确度较高，具有推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国外研究谐波问题研究发展状况
• 1.2.2 国内外谐波检测的方法现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 电力系统谐波检测方法理论分析
• 2.1 谐波分析基础
• 2.2 傅里叶变换分析
• 2.3 小波变换分析
• 2.3.1 小波变换原理
• 2.3.2 连续小波变换（CWT）
• 2.3.3 离散小波变换（DWT）
• 2.4 小波包分析
• 2.4.1 小波包的基本理论
• 2.4.2 小波包的空间分解
• 2.4.3 小波包算法
• 2.5 小波变换与傅里叶变换的比较分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 希尔伯特-黄变换（HHT）的基础理论
• 3.1 希尔伯特-黄变换的基本概念
• 3.1.1 HHT 的主要特点
• 3.2 HHT 分析方法
• 3.2.1 经验模态分解（EMD）
• 3.2.3 Hilbert 变换
• 3.3 希尔伯特-黄变换存在的主要问题
• 3.4 本章小结
• 第四章 希尔伯特-黄变换（HHT）在谐波检测中的应用
• 4.1 希尔伯特-黄变换在谐波检测分析中相关问题的处理
• 4.1.1 包络线和均值曲线拟合的函数选取
• 4.1.2 EMD 分解中伪 IMF 分量识别及处理方法
• 4.1.3 模态混叠现象的抑制方法
• 4.1.4 端点处理方式
• 4.1.5 谐波参数的提取方法
• 4.2 配电网中的谐波信号模型
• 4.3 谐波信号模型仿真与结果分析
• 4.3.1 信号模型一的仿真与结果分析
• 4.3.2 信号模型二的仿真与结果分析
• 4.3.3 信号模型三的仿真与结果分析
• 4.3.4 信号模型四的仿真与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 配电网谐波测量及 HHT 实际算例
• 5.1 某钢铁厂的谐波源调查及现场谐波数据测量
• 5.1.1 配电网系统概述及谐波测量方法
• 5.1.2 谐波源及无功补偿设备主要参数
• 5.2 实际算例的仿真及分析
• 5.2.1 谐波数据的采集及处理
• 5.2.2 谐波信号的仿真与结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士期间完成的论文
• 附录 B 10KV 系统高压室一次接线图