小波分析在电力系统谐波检测中的应用研究

论文摘要

电能作为现代社会的重要能源之一,广泛应用于工农业生产、人民生活、国防科技等各个领域。近年来,随着新型电力电子设备的广泛应用,这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性导致的谐波给电网造成的污染日益严重。谐波已成为影响电能质量的一大公害。为改善电能质量,有效地测量谐波已显得非常重要。谐波测量是谐波问题的一个重要分支,它是谐波问题研究的主要依据,也是研究分析谐波问题的出发点。谐波测量方法是谐波测量的核心环节,本文对谐波测量方法进行了研究分析。传统的傅里叶谐波测量方法无法同时实现时—频变域分析。小波分析是继傅里叶变换之后又一个实用的信号时频分析方法,具有时频局部化能力和多分辨分析能力。本文首先介绍了电力系统谐波的基本概念、谐波产生的原因、谐波危害、谐波源及传统的谐波测量方法及其不足。通过比较目前谐波检测采用的方法,重点论述了小波变换理论,然后探讨了连续小波变换、离散小波变换、小波包变换等小波理论中几种重要的变换方法,分析了这几种小波变换的时频特性。并且对比分析了小波变换与傅里叶变换不同的时频特性及适用范围。从两个方面介绍了小波变换在谐波检测中的应用。第一方面说明了小波变换可以代替傅里叶变换检测电力系统稳态谐波。第二方面包括基于小波变换对信号奇异性的分析;鉴于谐波中噪声与奇异点在小波变换中表现的不同特征,提取了含噪信号的奇异点;运用通常的软、硬阈值小波变换去噪方法,然后介绍了小波变换的实际应用技术:包括奇异点检测,突变点监测,对信号的消噪处理等。并通过仿真说明了小波在检测电力系统整数次谐波、非整数次谐波、谐波突变点的有效性,并说明了小波变换有着傅里叶变换所不具有的独特品质。通过具体应用说明了该方法的实用价值;针对目前电力系统谐波分析方法中存在的问题,结合小波变换和傅里叶变换的各自优点对非稳态谐波进行分析,通过仿真说明了这种综合方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及其意义
• 1.1.1 电力系统谐波的定义
• 1.1.2 谐波研究及其检测的意义
• 1.2 电力系统谐波检测方法的研究现状
• 1.2.1 采用模拟滤波器测量谐波
• 1.2.2 基于傅里叶变换的谐波检测
• 1.2.3 基于瞬时无功功率的谐波检测
• 1.2.4 基于神经网络的谐波检测
• 1.2.5 基于小波变换的谐波检测
• 1.3 课题研究的主要工作
• 2 谐波检测的基本理论
• 2.1 傅里叶变换
• 2.1.1 离散傅里叶变换
• 2.1.2 短时傅里叶变换
• 2.2 小波变换
• 2.2.1 连续小波变换
• 2.2.2 离散小波变换
• 2.2.3 多分辨率分析
• 2.2.4 Mallat算法
• 2.2.5 小波包分析
• 2.2.6 小波函数及其特性
• 3 小波变换的应用技术
• 3.1 小波分析用于信号奇异性检测
• 3.1.1 检测第一种类型的间断点
• 3.1.2 检测第二种类型的间断点
• 3.2 小波分析用于信号消噪处理
• 3.2.1 噪声信号的小波分析特性
• 3.2.2 噪声在小波分解下的特性
• 3.2.3 一维小波分析对平稳信号消噪
• 3.2.4 一维小波分析对非平稳信号消噪
• 3.3 小波分析用于某些频率区间的信号抑制或衰减
• 4 小波变换在电力系统谐波测量中的应用
• 4.1 小波母函数的选取
• 4.2 基于小波变换的电力系统整数次谐波分析
• 4.2.1 选择不同小波母函数应用于基波分量的提取
• 4.2.2 基于不同分解尺度的小波变换在电力系统谐波中的分析
• 4.3 连续小波变换的非整数次谐波测量方法
• 4.3.1 问题的提出
• 4.3.2 利用连续小波变换检测非整数次谐波
• 4.4 基于FFT和小波变换相结合的电力系统谐波分析方法
• 4.4.1 对含有突变谐波分量的信号进行仿真验证
• 5 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简历
• 致谢
• 发表文章
• 附录