發(fā)布時間：2020-11-05 05:02

　　 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展,各種非線性器件在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,導(dǎo)致了諧波污染的出現(xiàn),嚴(yán)重危害到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。作為最為常見的諧波檢測方法,快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform,FFT)具有測量精度高、易于實現(xiàn)等特點(diǎn)。但是,當(dāng)非同步采樣和非整數(shù)周期截斷時,頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)將會惡化諧波檢測的性能。通過加窗和插值算法可以有效改善諧波分量的測量精度。本文首先介紹了電力系統(tǒng)諧波的定義、來源、危害和分析指標(biāo),系統(tǒng)地說明了現(xiàn)有諧波檢測方法,著重闡述了采用FFT進(jìn)行諧波檢測的算法原理和優(yōu)缺點(diǎn)�；诖昂瘮�(shù)的特性分析,給出了 FFT算法中窗函數(shù)選擇的評價指標(biāo)�？紤]到實際電力系統(tǒng)中普遍存在噪聲干擾,本文提出了一種改進(jìn)的三譜線加窗插值FFT算法。同時,基于窗函數(shù)主瓣內(nèi)相鄰譜線相位差恒為π的性質(zhì),提出了一種快速算法,并利用曲線擬合函數(shù)、以多項式模型逼近參數(shù)修正公式。在仿真測試中,驗證了采用不同種類窗函數(shù)的改進(jìn)算法對弱信號分量提取、復(fù)雜信號的諧波檢測的有效性,分析了改進(jìn)算法在頻率波動和白噪聲干擾的情況下的性能表現(xiàn)。根據(jù)測試結(jié)果,充分驗證了改進(jìn)算法的可行性。針對傳統(tǒng)電能表在電能計量中存在的問題,提出了一種基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理和RISC-V指令集的電能表構(gòu)成方案。從總體結(jié)構(gòu)、硬件和軟件三個方面,系統(tǒng)地說明了電表實現(xiàn)的設(shè)計流程,并詳細(xì)分析了電能計量系統(tǒng)中的誤差情況。最后,根據(jù)實際系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)果,驗證了所設(shè)計的電能表的可行性,并且滿足國家標(biāo)準(zhǔn)中A類諧波測量儀的要求。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM935
【部分圖文】：

出現(xiàn)了多種諧波檢測方法。??（１）模擬濾波器法??早期的諧波檢測是基于模擬濾波器實現(xiàn)的，其檢測裝置原理圖如圖１－丨所??示。輸入信號經(jīng)過放大器后送入到并行排列的帶通濾波器中。濾波器的中心頻??率固定，并且為工頻的整數(shù)倍數(shù)，可以通過各次諧波信號。最后，各次諧波數(shù)??據(jù)經(jīng)過檢波器檢波，送到多路顯示器中顯示測量信號中所含的諧波分量。??——ｔ?濾波器１?＾——＾?檢波器１??？??＾?％??入?＾？濾波器２?＾檢波器２??？?ｓ??放——?＇????－??大：?：不??Ｓ?？?．?器???？濾波器Ｎ??？？檢波器Ｎ??？??圖１－１模擬并行濾波式的諧波檢測裝置圖??該方法的優(yōu)點(diǎn)是原理和電路結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，易于實現(xiàn)；缺點(diǎn)是諧波??分量的測量精度依賴于濾波器的參數(shù)，且易受外界環(huán)境影響，無自適應(yīng)能力。??目前，該方法己經(jīng)不再采用，但是“分解原始信號，提取特征信息”的基本思??路卻沿用至今。??５??

出現(xiàn)了多種諧波檢測方法。??（１）模擬濾波器法??早期的諧波檢測是基于模擬濾波器實現(xiàn)的，其檢測裝置原理圖如圖１－丨所??示。輸入信號經(jīng)過放大器后送入到并行排列的帶通濾波器中。濾波器的中心頻??率固定，并且為工頻的整數(shù)倍數(shù)，可以通過各次諧波信號。最后，各次諧波數(shù)??據(jù)經(jīng)過檢波器檢波，送到多路顯示器中顯示測量信號中所含的諧波分量。??——ｔ?濾波器１?＾——＾?檢波器１??？??＾?％??入?＾？濾波器２?＾檢波器２??？?ｓ??放——?＇????－??大：?：不??Ｓ?？?．?器???？濾波器Ｎ??？？檢波器Ｎ??？??圖１－１模擬并行濾波式的諧波檢測裝置圖??該方法的優(yōu)點(diǎn)是原理和電路結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，易于實現(xiàn)；缺點(diǎn)是諧波??分量的測量精度依賴于濾波器的參數(shù)，且易受外界環(huán)境影響，無自適應(yīng)能力。??目前，該方法己經(jīng)不再采用，但是“分解原始信號，提取特征信息”的基本思??路卻沿用至今。??５??

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文??由此可見，經(jīng)過一次變換，Ｎ點(diǎn)ＤＦＴ可以分解成兩個Ｎ／２點(diǎn)的ＤＦＴ。因此，??經(jīng)過１－１次變換，Ｎ點(diǎn)的ＤＦＴ可以分解成兩點(diǎn)的ＤＦＴ。圖２－１為Ｎ＝８的時間??抽�。疲疲运惴ǖ牧鞒虉D，圖中包含三級ＤＦＴ。??攻〇）?ｖ／＼?ｙ?Ｘ（°）??ｘ（４）?—ｘ⑴??４２）?—ｘ⑵??攻６）?ｘ⑶??ｓ?ｉ??攻７）?＼?ｘ（７）??圖２－１?Ｎ＝８的時間抽�。疲疲运惴ǖ牧鞒虉D??在ＦＦＴ算法中，對于ｉＶ?＝?２ｚ的有限長序列，包含Ｉｏｇ２ｉＶ級ＤＦＴ，所以復(fù)數(shù)??乘法、加法的次數(shù)分別為ｆｌｏｇ２Ｗ、ＡＨｏｇ２ＪＶ，而ＤＦＴ的復(fù)數(shù)乘法、加法的次??數(shù)都是。以乘法運(yùn)算次數(shù)為例，二者的運(yùn)算速度之比為２＃ｌｏｇ２ｉＶ。當(dāng)Ｎ＝１０２４??時，ＦＦＴ的運(yùn)算速度為ＤＦＴ的２０４．８倍，運(yùn)算速度大大提高。并且Ｎ值的越大，??ＦＦＴ相比于ＤＦＴ的運(yùn)算優(yōu)勢越明顯。??２．１．３缺陷??當(dāng)采用ＦＦＴ進(jìn)行諧波檢測時，首先對電網(wǎng)電壓、電流信號進(jìn)行采樣和截斷，??然后對離散序列進(jìn)行ＦＦＴ變換，從而可以獲得信號的基波和各次諧波分量，包??括頻率、幅值和相位。根據(jù)采樣定理
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本文編號：2871166