基于小波变换的谐波检测与应用研究

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近年来,由于电力电子等非线性设备的迅速增长,使得电网中的谐波污染越来越严重,对各种电力设备、通信设备及线路都带来有害的影响,严重时会损坏设备,甚至造成电力系统事故,直接影响安全生产。同时,由于工业自动化水平的提高,微处理器和PLC等智能器件的大量应用对电能质量提出了更高的要求。因此,对电网谐波进行监测与研究是限制、消除谐波危害的前提,也是保证供电系统安全经济运行及保证设备和人身安全的迫切需要。 本文在查阅大量相关资料的基础上,总结了原有谐波检测分析的几种方法,决定采用小波变换方法进行谐波分析。通过对大量典型信号(整数次谐波和间谐波)的仿真分析,验证了该方法的优越性,并用ARM硬件系统予以实现。 首先,系统而简要地介绍了电网中的谐波现象、产生的原因及存在的危害等。从谐波检测的传统方法傅立叶变换出发,分析说明了它的特性及其在信号处理中的局限性。由此引出小波变换理论,详细论述了小波变换的定义、性质及基本原理。对傅立叶变换和小波变换这两种方法在谐波检测分析方面的应用现状做了探讨和比较,分析了每种方法的特点及其适用条件。 其次,根据暂态谐波信号的非平稳特性,采用小波变换这一新型的数字信号处理方法进行分析,其良好的时频局部化特性使得信号的奇异性可以通过小波变换模极大值来表征。论文以几种常用的小波函数来研究分析普通谐波与间谐波,并给出了相应的仿真波形。结果显示,采用小波分析可以很好地实现对标准基波分量的提取。 对于选用不同小波函数对含谐波信号的检测,在综合分析各个结果波形的优缺点和不同的理想程度基础上,考虑通过加权思想将测得的数据重新组合,从而得到更为理想可靠的检测分析结果。 最后,利用ARM强大的传输数据能力来实现电力谐波检测和传输电力谐波数据;在小波变换理论的研究基础上,用C语言编写了相应的谐波分析软件及其它相关程序。该谐波分析软件已经通过初步调试,并在ARM系统中进行了实验研究,结果表明论文介绍的方法可行,具有一定的实用性。 小波变换在电力系统谐波检测中的应用还处于初步阶段,小波变换本身所具有的诸多特点还没有得到充分发挥,随着对小波变换在电能质量问题中的进一步研究,今后的应用前景将十分广泛。
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