本文關(guān)鍵詞：基于Prony的諧波間諧波檢測方法和檢測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

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【摘要】：隨著電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷的廣泛使用,電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重,給電網(wǎng)和電力用戶帶來的危害也越來越大。電網(wǎng)的諧波、間諧波問題引起社會很大的關(guān)注。為了更好地監(jiān)測、改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量,尋找更有效的電能質(zhì)量檢測分析方法變得尤為重要。本文首先對廣泛采用的三相電路瞬時(shí)無功功率理論方法進(jìn)行研究,其中研究了p-q坐標(biāo)系,ip-iq坐標(biāo)系,d-q坐標(biāo)系法的諧波檢測方法。并通過構(gòu)造信號源,對ip-iq法,d-q法進(jìn)行Matlab仿真,驗(yàn)證了兩者均能在電壓畸變情況下有效檢測諧波電流,其中d-q法在三相不對稱情況中具有更高的相位檢測精度。針對離散傅里葉變換中存在的頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)問題,本文通過分析非同步采樣結(jié)果,闡述了其產(chǎn)生的原理。研究了加窗算法對于改進(jìn)頻譜泄漏的作用,并通過仿真比較各種加窗函數(shù)的主瓣寬度以及旁瓣衰減速率,提出漢寧窗對于抑制頻譜泄漏現(xiàn)象效果最佳。通過仿真研究了補(bǔ)零法對于改善FFT變換的作用。針對傳統(tǒng)傅里葉變換在非同步采樣條件下存在頻譜泄漏,以及諧波和間諧波在分析過程中相互之間存在干擾的問題,本文創(chuàng)新性地提出一種基于準(zhǔn)同步-梳狀濾波器分離-Prony譜分析算法(QS-Prony)。該算法首先使用基于頻移算法的準(zhǔn)同步采樣技術(shù),通過構(gòu)造同步采樣序列,實(shí)現(xiàn)非同步采樣信號的準(zhǔn)同步化。為了避免信號中諧波、間諧波之間的互擾問題,對頻移后的準(zhǔn)同步序列使用梳狀FIR陷波型濾波器近一步分離。隨后采用Prony譜分析法,使用指數(shù)函數(shù)的線性組合來擬合采樣數(shù)據(jù),并提取信號的頻率、幅值、相位等特征量。在不同強(qiáng)度的噪聲干擾環(huán)境下對比驗(yàn)證了加窗插值FFT算法(WI-FFT)、準(zhǔn)同步-梳狀濾波器分離-加窗插值FFT算法(QS-WI-FFT)、準(zhǔn)同步-梳狀濾波器分離-Prony譜分析算法(QS-Prony)的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明QS-Prony法可以有效解決非同步問題,有效避免了諧波、間諧波之間的互擾,并且相比FFT算法具有較高的頻率分辨率。以FPGA為控制核心設(shè)計(jì)了下位機(jī)信號采集電路,包含電流、電壓互感器選型,輸入級電路設(shè)計(jì)、前置放大電路設(shè)計(jì)以及AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與功能驗(yàn)證。采用ADS8364這款16位6通道同步采樣數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。針對上位機(jī)算法中,Prony諧波檢測算法對噪聲敏感的特性,在硬件設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性地對電路的抗噪性能進(jìn)行了優(yōu)化處理。設(shè)計(jì)了FPGA的程序模塊,并采用獨(dú)熱碼設(shè)計(jì)了三段式AD采樣程序。搭建了基于LabVIEW的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng),系統(tǒng)主要包括:實(shí)時(shí)波形顯示模塊,有效值、功率檢測模塊,諧波檢測模塊。其中諧波檢測模塊采用基于Prony的準(zhǔn)同步采樣算法,可顯示1到30次諧波含量。然后通過測試實(shí)地電網(wǎng)信號,與日置3196電能質(zhì)量測試儀進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明在電壓、電流、功率測量方面,兩者具有相似的檢測精度,但日置3169明顯受到頻率分辨率的限制,難以精確地檢測出間諧波值,而本測試系統(tǒng)可以較精確地檢測出各次間諧波值。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM935

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1202212