基于准同步采样算法的动态谐波分析方法研究

发布时间：2017-09-16 09:14

  本文关键词：基于准同步采样算法的动态谐波分析方法研究

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【摘要】：谐波分析是研究分析谐波问题的重要环节。电力系统谐波的准确分析为电能计量与电能质量分析、故障诊断、电力谐波抑制与补偿等提供科学依据。由于各种非线性干扰使谐波具有了明显的动态特性,现广泛采用的加窗插值快速傅里叶变换(windowed interpolation fast Fourier transform,WIFFT)算法在计算动态谐波参数时存在准确度不高、噪声抑制能力差等不足。因此,研究准确度高、噪声抑制能力强的动态谐波分析算法,将其在LabVIEW中实现,对电力系统动态谐波的准确测量具有非常重要的理论和现实意义。本文研究基于准同步采样算法(quasi-synchronous sampling algorithm,QSSA)的动态谐波分析方法,主要研究内容包括以下几点：首先,对比分析了常用谐波测量算法的优缺点。介绍了QSSA的基本原理,该算法通过数值积分和迭代运算实现信号局部频谱的计算,通过适当增加采样周期数与迭代次数,来减小同步偏差对测量准确度的影响。其次,根据QSSA实现过程中需要进行数值积分的特点,研究并推导了基于QSSA的动态谐波分析算法,建立了基于QSSA的动态谐波测量实现流程,对比研究了WIFFT算法和QSSA的时间复杂度。在此基础上,推导了基于QSSA的频率方差理论式。基于QSSA的动态谐波算法的时间复杂度仅与采样点数有关,当采样频率和采样点数相同时,基于QSSA的动态谐波算法执行过程中所需加法次数远远少于WIFFT算法所需加法次数,乘法次数多于WIFFT算法所需乘法次数,但基于QSSA的动态谐波分析算法大大提高了谐波测量准确度。随后,通过仿真实验对比分析了基于QSSA动态谐波分析算法与WIFFT算法的测量准确度以及抗噪性。本文选取了被广泛应用的基于4项3阶Nuttall窗(four-item and third-order of Nuttall window,NW 4-Ⅲ). Hanning窗和Hamming窗的插值FFT算法作对比,仿真分析了基波频率波动、白噪声影响等不同情况下的谐波测量结果。仿真结果表明：本文所研究的基于QSSA的动态谐波分析算法的准确度高于加NW 4-Ⅲ、Hanning窗和Hamming窗的插值FFT算法,能准确测量谐波参数,且有很好的抗噪性。最后,本文利用虚拟仪器LabVIEW平台实现了所提出的基于QSSA的动态谐波测量算法,并根据GB/T 19862-2005、DL/T 1028-2006和GB/T 15945-2008的要求设计了电力系统动态谐波测量校准方案。开展了频率,幅值和相角测量校准实验,对比分析了校准前后的电力系统谐波频率,幅值和相角测量偏差,并分析了校准后的电力系统谐波测量不确定度。实验结果表明：校准后的频率测量偏差小于±0.01Hz、电压偏差小于0.5%和相角偏差不大于±5°,能达到国标规定要求。这也验证了本文所提出的基于QSSA的动态谐波测量算法在实际应用中的有效性和准确性。
【关键词】：准同步采样 动态谐波 傅里叶变换 测量不确定度 虚拟仪器
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM711
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究背景与意义14
• 1.2 电力系统动态谐波的概述14-16
• 1.2.1 电力系统谐波、动态谐波的定义与分类14-16
• 1.2.2 电力系统谐波的来源与危害16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 谐波相关标准17-18
• 1.3.2 动态谐波测量的作用与意义18-19
• 1.3.3 现有主要谐波测量方法的对比19-20
• 1.4 本文主要研究内容及安排20-22
• 第2章 准同步采样理论22-27
• 2.1 同步采样和非同步采样22-23
• 2.2 准同步采样算法23-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第3章 基于准同步采样的动态谐波分析算法27-39
• 3.1 算法原理27-32
• 3.1.1 迭代求积运算27-31
• 3.1.2 谐波参数计算31-32
• 3.2 噪声对算法的影响分析32-35
• 3.3 谐波分析算法流程35-36
• 3.4 谐波分析算法的复杂度36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 仿真实验与分析39-51
• 4.1 含基波和2～21次谐波的信号仿真实验39-41
• 4.2 基波频率波动不含白噪声时谐波仿真实验41-45
• 4.3 白噪声影响时谐波仿真实验45-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 实际测量实验及分析51-65
• 5.1 测量实验51-55
• 5.1.1 数据采集模块52
• 5.1.2 数据处理模块52-55
• 5.1.3 数据存储模块55
• 5.1.4 实际测量实验的实现步骤55
• 5.2 测量结果分析55-60
• 5.2.1 动态测量误差来源55-56
• 5.2.2 校准方案及校准流程56-59
• 5.2.3 校准后结果的偏差分析59-60
• 5.3 实验结果的不确定度评定60-63
• 5.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间学术成果71-72
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目72-73
• 附录C 攻读硕士学位期间获得的奖励73

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本文编号：862164