發(fā)布時(shí)間：2017-07-27 09:37

  本文關(guān)鍵詞：基于Hilbert變換和FFT改進(jìn)算法的諧波電能計(jì)量技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 諧波電能 改進(jìn)FFT Rife-Vincent窗 FIR型Hilbert數(shù)字濾波器 三譜線插值

【摘要】：隨著電力電子器件和沖擊性非線性設(shè)備的廣泛應(yīng)用,電力系統(tǒng)中諧波問題也日漸嚴(yán)重。大量諧波的涌入,造成電網(wǎng)電壓波形畸變,使電能質(zhì)量下降,給發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備帶來嚴(yán)重危害。對(duì)諧波進(jìn)行檢測和治理,是電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提,準(zhǔn)確的電能計(jì)量是保障電力部門合理收費(fèi)的依據(jù)。本文開篇概述諧波的基本概念及其主要來源,介紹諧波對(duì)電力系統(tǒng)和用戶產(chǎn)生的危害,以及對(duì)電力部門電能計(jì)量的影響,并分析當(dāng)前諧波分析方法和電能計(jì)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)導(dǎo)致的非同步采樣、信號(hào)截?cái)嘁鸬念l譜泄露以及電力參數(shù)計(jì)算復(fù)雜等問題,本文建立一種基于4項(xiàng)1階萊夫-文森特(Rife-Vincent, RV)窗三譜線插值FFT諧波分析改進(jìn)算法。通過分析窗函數(shù)的指標(biāo),選擇旁瓣性能較好的4項(xiàng)RV(I)窗對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚?減少非同步采樣和信號(hào)截?cái)喈a(chǎn)生的頻譜泄露誤差；采用三譜線插值算法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正以減少柵欄效應(yīng)產(chǎn)生的誤差；利用余弦組合窗函數(shù)主瓣內(nèi)兩相鄰譜線間的相位特性減少開方運(yùn)算,降低運(yùn)算的復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明,該方法能有效克服頻率波動(dòng)和白噪聲的影響,對(duì)諧波幅值、相位等參數(shù)的測量以及諧波有功電能計(jì)量具有較高的計(jì)算精度。針對(duì)功率三角法等計(jì)量無功不準(zhǔn)的問題,研究一種基于Hilbert變換的無功功率計(jì)量算法,通過設(shè)計(jì)一種線性相位FIR型Hilbert數(shù)字濾波器,將各次諧波進(jìn)行90°移相,進(jìn)而采用有功功率的計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)無功的準(zhǔn)確計(jì)量。經(jīng)過仿真驗(yàn)證,本文設(shè)計(jì)的FIR型Hilbert濾波器能保持幅值不變的前提下將各次諧波準(zhǔn)確移相900,從而實(shí)現(xiàn)無功功率的準(zhǔn)確計(jì)算。在本文研究的基于4項(xiàng)RV(I)窗三譜線插值FFT諧波分析改進(jìn)算法和FIR型Hilbert變換無功計(jì)量算法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一款基于ADC+DSP構(gòu)架的諧波電能計(jì)量裝置。按照模塊化設(shè)計(jì)流程完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),并詳細(xì)介紹信號(hào)調(diào)理電路、以ADS8556為核心的數(shù)據(jù)采集模塊和以TMS320C6745為核心的數(shù)據(jù)處理模塊等的電路設(shè)計(jì),給出該系統(tǒng)主程序模塊、系統(tǒng)初始化模塊等的軟件設(shè)計(jì)流程。最后,對(duì)系統(tǒng)測量誤差來源從硬件電路和軟件算法兩個(gè)角度進(jìn)行分析,給出具體的解決辦法并完成電力參數(shù)的校準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：諧波電能 改進(jìn)FFT Rife-Vincent窗 FIR型Hilbert數(shù)字濾波器 三譜線插值
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM933.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 諧波及其危害10-12
• 1.1.1 諧波的基本概念10-11
• 1.1.2 電力系統(tǒng)主要諧波源11
• 1.1.3 諧波的危害11-12
• 1.2 諧波電能計(jì)量技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 項(xiàng)目來源與本文研究的主要工作14-16
• 第2章 電能參數(shù)測量方案研究16-24
• 2.1 電能參數(shù)16-21
• 2.1.1 基本參數(shù)定義及其計(jì)算方法16-18
• 2.1.2 諧波分析指標(biāo)18
• 2.1.3 無功功率計(jì)算方法18-21
• 2.2 諧波電能計(jì)量算法21-23
• 2.2.1 諧波有功電能計(jì)量算法22
• 2.2.2 諧波無功電能計(jì)量算法22-23
• 2.3 電能計(jì)量算法實(shí)現(xiàn)方案23-24
• 第3章 諧波電能計(jì)量算法理論分析24-46
• 3.1 基于RV窗改進(jìn)FFT的諧波電能計(jì)量24-32
• 3.1.1 基于FFT諧波分析方法的理論依據(jù)24-26
• 3.1.2 窗函數(shù)的指標(biāo)和選取原則26-28
• 3.1.3 4項(xiàng)RV(Ⅰ)窗三譜線插值FFT改進(jìn)算法28-32
• 3.1.4 4項(xiàng)RV(Ⅰ)窗三譜線插值FFT的諧波有功電能計(jì)量方法32
• 3.2 基于FIR型Hilbert變換的無功電能計(jì)量方法32-37
• 3.2.1 Hilbert變換測量無功功率的理論基礎(chǔ)33-34
• 3.2.2 FIR型Hilbert濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)34-37
• 3.3 諧波電能計(jì)量算法的MATLAB仿真37-46
• 3.3.1 4項(xiàng)RV(Ⅰ)窗三譜線插值FFT改進(jìn)算法的諧波分析仿真37-41
• 3.3.2 4項(xiàng)RV(Ⅰ)窗三譜線插值FFT的諧波有功電能計(jì)量仿真41-43
• 3.3.3 FIR型Hilbert變換算法的無功電能計(jì)量仿真43-46
• 第4章 諧波電能計(jì)量系統(tǒng)研究46-61
• 4.1 諧波電能計(jì)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)46-57
• 4.1.1 系統(tǒng)硬件總體框架46-47
• 4.1.2 測量變換與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊47-51
• 4.1.3 數(shù)據(jù)處理模塊51-53
• 4.1.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊53-55
• 4.1.5 通信接口模塊55-56
• 4.1.6 電源模塊56-57
• 4.2 諧波電能計(jì)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)57-61
• 4.2.1 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)流程57
• 4.2.2 主程序模塊57
• 4.2.3 系統(tǒng)初始化模塊57-59
• 4.2.4 數(shù)據(jù)處理和電能計(jì)量模塊59-61
• 第5章 系統(tǒng)誤差分析與參數(shù)校準(zhǔn)61-69
• 5.1 誤差來源分析61-65
• 5.1.1 硬件電路引入誤差分析61-63
• 5.1.2 軟件算法運(yùn)行誤差分析63-65
• 5.2 電力參數(shù)的校準(zhǔn)65-69
• 5.2.1 電壓偏差校準(zhǔn)66
• 5.2.2 頻率偏差校準(zhǔn)66-67
• 5.2.3 諧波測量結(jié)果校準(zhǔn)67-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76-77
• 附錄B FIR型Hilbert濾波器設(shè)計(jì)部分代碼77-78

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