基于FFT和小波变换的电力系统谐波检测方法研究

本文介绍了电力系统谐波的基本概念、谐波产生机理、谐波危害、谐波源及传统的谐波测量方法及其不足，探讨了连续小波变换、离散小波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。 针对目前电力系统谐波分析方法存在的难以快速、准确地对动态谐波进行实时分析检测等问题，充分利用FFT对稳态谐波分析和WT对对波动谐波、快速变化谐波检测各自的优势和二者具有很强的互补性的特点，提出了一种将傅立叶分析与小波变换综合在一起，适合各种谐波的分析方法。 小波与傅立叶结合进行谐波检测的算法，是对于待检信号首先进行离散小波变换，将原信号分解为高频(细节)部分和低频(概貌)部分。非稳态谐波以及突变、间断点等奇异信号分量一般在小波变换以后的细节部分，对该部分信号继续进行小波分析；对于稳态的低频概貌部分采用傅立叶变换进行分析，取出稳态谐波分量。这样既可以得出各种暂态的波形成分，也可以得出准确的稳态谐波。本文对采用FFT与小波变换结合进行谐波检测的方法进行了系统仿真，通过仿真验证了小波分析具有时域和频域的双重分辨率，能够较好的解决傅立叶分析所不能解决的问题，在电网谐波分析中，采用小波分析算法，不仅能正确的得到各次谐波，而且对用傅立叶分析没法解决的有关信号的暂态分量的提取，暂态分量时间的定位，电压、电流波形的间断、突起、凹陷和瞬态分量的检测都具有较好的效果。 本文构建了一种新的滤波器组结构，它能把小波包分解中的各节点和分解的频段对应起来，并找出了这种滤波器组结构的排列规律，按此规律可以构建多次分解的滤波器组结构。 本文从平稳随机过程的特征以及不确定性熵与方差的联系，指出了傅立叶变换的适用特点并给出了基于熵意义下的不确定性(测不准原理)的解释，测不准原理此时等价于时频分布Kullback距离恒为正。 本文还就谐波检测系统的软硬件进行了设计。为了能满足实时谐波分析算法运算量大的要求，硬件上采用了DSP+ARM的设计方法，这种方法可以充分发挥DSP芯片的数字信号处理优势和ARM的控制功能，以实现系统中的复杂软件算法，运算速度也能得以提高。系统的软件设计分为两部分，一是DSP的程序设计，包括数据采集、数据处理等；二是单片机的控制程序设计，包括人机接口、远程通讯等子程序。