电网谐波功率计量方法研究

发布时间：2017-09-25 08:04

  本文关键词：电网谐波功率计量方法研究

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【摘要】：新型非线性设备随着电力系统的发展得到了广泛的应用，造成电网中谐波含量日益增加，谐波污染问题日益严重。电网中各次谐波分量参数的检测及谐波功率计量一直是谐波领域重要的研究课题，计量准确与否直接影响到整个网络供配电系统的平稳运行。 本文在详细分析谐波产生及谐波危害的基础上，深入讨论了检测方法、检测装置的研究现状和存在的问题，进一步的明确了论文的研究内容与目标效果。论文在此基础上建立电网简化模型，基于模型完成对谐波的数学描述工作，结合线性及非线性负载耗能公式的推导，从理论角度详细阐述在不同供电条件下，谐波对各特性负载功率计量的影响并加以仿真验证。 论文分别对傅里叶变换和小波变换在谐波检测中的应用作了全面的分析总结，针对实际电网中暂态信号的特点建立不同特点的谐波信号模型，分别单独采用两种变换方法对信号进行谐波参数的检测，基于仿真结果分析比较两种方法的优缺点。随后本文结合两种变换方法在信号处理上的优势，采用基于小波和FFT的电网谐波联合检测算法在MATLAB环境中对谐波信号进行仿真分析。 单纯的功率计量并不能准确的衡量用户对电能的利用程度。功率因数是目前电力部门对谐波源、非谐波源用户调整电费的唯一依据。论文对现有功率因数加以讨论并改进，通过增加修正系数使之更能准确的衡量谐波背景下用电设备对电能的利用效率，最后创建电路模型进行仿真验证。 基于FFT和小波变换的联合检测算法能够有效地将信号的高低频分量分离开来，最终不仅能准确的给出谐波各分量的幅值、相位等信息，而且可以检测到信号发生突变时间位置，，在噪声干扰中准确识别出信号的变化特征。结果证明，联合检测算法对电网谐波具有很好的分析效果，大大提高了谐波检测的准确性和实时性。同时改进后的功率因数更加准确的反映出谐波条件下各用电负载对电能的利用情况，为电费的合理调整提供有力的理论依据。
【关键词】：谐波 功率计量 功率因数 FFT 小波变换
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM933.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题背景、研究目的及意义8-11
• 1.1.1 谐波来源及种类8-9
• 1.1.2 谐波危害9-10
• 1.1.3 课题研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外谐波研究现状分析11-17
• 1.2.1 国内外谐波研究的发展历史11-12
• 1.2.2 谐波检测分析方法的发展12-14
• 1.2.3 电网谐波管理标准的制定14-16
• 1.2.4 电能计量装置的研究现状及发展趋势16-17
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排17-19
• 第2章 谐波背景下的负荷功率分析19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 功率计量必要性与计量指标分析19-22
• 2.2.1 功率计量的必要性19-20
• 2.2.2 谐波数学描述及计量指标20-22
• 2.3 畸变信号条件下电网简化模型和负载功率计量分析22-25
• 2.3.1 电网简化结构22-23
• 2.3.2 电网等效模型的建立及各负载耗能分析23-25
• 2.3.3 结果分析25
• 2.4 谐波对负载功率计量影响的仿真实验25-31
• 2.4.1 谐波对功率计量影响的建模仿真25-30
• 2.4.2 仿真结果分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 电网谐波分析方法研究32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 傅里叶变换在谐波分析领域的应用32-37
• 3.2.1 傅里叶变换32-33
• 3.2.2 快速傅里叶变换 FFT33-34
• 3.2.3 加窗插值算法实现谐波检测的原理34-35
• 3.2.4 常见窗函数及其选择标准35-37
• 3.3 小波变换在谐波分析领域的应用37-43
• 3.3.1 小波变换37-39
• 3.3.2 小波变换的多分辨分析39
• 3.3.3 小波变换的 Mallat 算法39-41
• 3.3.4 小波包算法41-43
• 3.4 傅里叶变换与小波变换的比较分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 基于傅里叶和小波变换的联合检测方法45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 电网中常见谐波信号的类型及仿真信号的模拟45-47
• 4.2.1 常见谐波信号45-46
• 4.2.2 仿真信号模型46-47
• 4.3 傅里叶变换和小波变换对谐波信号的对比仿真分析47-51
• 4.3.1 傅里叶和小波变换单独对谐波检测的对比仿真47-51
• 4.3.2 仿真结果分析51
• 4.4 基于 FFT 和小波变换的联合检测算法51-56
• 4.4.1 联合检测方案51-52
• 4.4.2 Matlab 算法仿真验证52-54
• 4.4.3 仿真结果分析54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 功率因数的改进与电费调整57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 功率因数与电费调整57-59
• 5.2.1 电费制度57-58
• 5.2.2 功率因数标准及适用范围58-59
• 5.3 谐波对功率因数的影响及仿真59-64
• 5.3.1 功率因数59-60
• 5.3.2 谐波电网环境中功率因数计量方法的改进60-61
• 5.3.3 对改进后的功率因数的仿真验证61-63
• 5.3.4 仿真结果分析63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 攻读学位期间发表的学术论文70-72
• 致谢72

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