基于Prony的谐波间谐波检测方法和检测系统的研究与应用

发布时间：2017-11-19 04:02

  本文关键词：基于Prony的谐波间谐波检测方法和检测系统的研究与应用

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【摘要】：随着电力系统中非线性负荷的广泛使用,电能质量问题日益严重,给电网和电力用户带来的危害也越来越大。电网的谐波、间谐波问题引起社会很大的关注。为了更好地监测、改善电网的电能质量,寻找更有效的电能质量检测分析方法变得尤为重要。本文首先对广泛采用的三相电路瞬时无功功率理论方法进行研究,其中研究了p-q坐标系,ip-iq坐标系,d-q坐标系法的谐波检测方法。并通过构造信号源,对ip-iq法,d-q法进行Matlab仿真,验证了两者均能在电压畸变情况下有效检测谐波电流,其中d-q法在三相不对称情况中具有更高的相位检测精度。针对离散傅里叶变换中存在的频谱泄漏、栅栏效应问题,本文通过分析非同步采样结果,阐述了其产生的原理。研究了加窗算法对于改进频谱泄漏的作用,并通过仿真比较各种加窗函数的主瓣宽度以及旁瓣衰减速率,提出汉宁窗对于抑制频谱泄漏现象效果最佳。通过仿真研究了补零法对于改善FFT变换的作用。针对传统傅里叶变换在非同步采样条件下存在频谱泄漏,以及谐波和间谐波在分析过程中相互之间存在干扰的问题,本文创新性地提出一种基于准同步-梳状滤波器分离-Prony谱分析算法(QS-Prony)。该算法首先使用基于频移算法的准同步采样技术,通过构造同步采样序列,实现非同步采样信号的准同步化。为了避免信号中谐波、间谐波之间的互扰问题,对频移后的准同步序列使用梳状FIR陷波型滤波器近一步分离。随后采用Prony谱分析法,使用指数函数的线性组合来拟合采样数据,并提取信号的频率、幅值、相位等特征量。在不同强度的噪声干扰环境下对比验证了加窗插值FFT算法(WI-FFT)、准同步-梳状滤波器分离-加窗插值FFT算法(QS-WI-FFT)、准同步-梳状滤波器分离-Prony谱分析算法(QS-Prony)的准确度。实验结果表明QS-Prony法可以有效解决非同步问题,有效避免了谐波、间谐波之间的互扰,并且相比FFT算法具有较高的频率分辨率。以FPGA为控制核心设计了下位机信号采集电路,包含电流、电压互感器选型,输入级电路设计、前置放大电路设计以及AD转换电路设计与功能验证。采用ADS8364这款16位6通道同步采样数模转换芯片。针对上位机算法中,Prony谐波检测算法对噪声敏感的特性,在硬件设计中创新性地对电路的抗噪性能进行了优化处理。设计了FPGA的程序模块,并采用独热码设计了三段式AD采样程序。搭建了基于LabVIEW的电能质量检测系统,系统主要包括:实时波形显示模块,有效值、功率检测模块,谐波检测模块。其中谐波检测模块采用基于Prony的准同步采样算法,可显示1到30次谐波含量。然后通过测试实地电网信号,与日置3196电能质量测试仪进行对比分析,结果表明在电压、电流、功率测量方面,两者具有相似的检测精度,但日置3169明显受到频率分辨率的限制,难以精确地检测出间谐波值,而本测试系统可以较精确地检测出各次间谐波值。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM935

【参考文献】

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本文编号：1202212