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基于小波理论的有源电力滤波器分析及仿真

作　者: 孙凤杰
导　师: 王云亮
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电力谐波 FFT 小波变换离散二进小波变换电力滤波
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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,提出了一种将傅里叶分析与小波变换综合在一起,适合各种谐波的分析方法。谐波检测目前主要采用的是变换域分析法,它是一种有效分析信号频谱的方法,它包括傅里叶变换和小波变换.傅里叶变换是建立在周期性序列基础上的,因此对于稳态谐波信号发挥着重要作用.但是傅里叶变换所得到的频域信息是信号在整个时域的平均,从而无法给出局部时间的频域信息,即不具有时间局部性.近几年发展的小波变换是一种基于时频域的局部变换,而且高频段采取逐渐精细的时频步长,可以聚焦到分析信号的任意细节,能有效地提取突变信息,适合于谐波电压幅值或频率随时间冲击性变化的突变波形的分析.但由于常用的离散二进小波变换对频域划分粗略,以及变换后不能直接得到频谱信息,所以不适合分析含谐波分量多的稳态信号[1]本文结合傅里叶变换和小波变换的优点,提出了傅里叶一小波变换综合谐波检测方法,既能准确得到稳态谐波分量的信息,又能检测到非稳态谐波分量.小波与傅里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里叶变换进行分析,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,能够较好的解决傅里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,而且对用傅里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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题的目的和意义  10
  1.2 谐波的定义  10-11
  1.3 谐波产生的原因  11
  1.4 电力谐波造成的危害  11-12
  1.5 课题研究的方法和结构  12-14
第二章电力系统谐波检测方法综述  14-18
  2.1 采用模拟带通滤波器测量谐波  14
  2.2 基于傅里叶变换的谐波测量  14-15
  2.3 基于瞬时无功功率理论的谐波测量  15
  2.4 基于神经网络的谐波测量  15-16
  2.5 基于小波理论的谐波分析  16-17
  2.6 谐波测量的发展趋势  17-18
第三章谐波检测的理论基础及创新方法  18-37
  3.1 傅里叶变换  18-22
    3.1.1 傅里叶的变换形式  18-20
    3.1.2 傅里叶级数  20-22
  3.2 小波变换  22-23
  3.3 电力谐波中的稳态谐波分析  23-24
  3.4 利用小波变换多分辨分析电网电流  24-27
    3.4.1 电网电流的小波分解  25-26
    3.4.2 谐波检测小波基的选择  26-27
  3.5 基于小波分析的谐波检测  27-29
  3.6 多分辨率与谐波  29-32
    3.6.1 谐波实时跟踪  29-30
    3.6.2 计算结果与分析  30-32
  3.7 两种变换的综合方案  32-37
第四章有源电力滤波器的原理及设计  37-59
  4.1 有源电力滤波器的发展及原理  37-46
    4.1.1 有源电力滤波器的分类  38
    4.1.2 并联型有源电力滤波器的基本组成及功能  38-39
    4.1.3 指令电流运算电路  39
    4.1.4 补偿电流发生电路  39-41
    4.1.5 三相电路谐波电流的检测方法  41-45
    4.1.6 单相电路谐波电流的检测方法  45-46
  4.2 串联型有源滤波器的基本原理  46-47
  4.3 谐波源特性与不同滤波器补偿特性  47-50
    4.3.1 并联型APF 的补偿特性  48-49
    4.3.2 串联型APF 的补偿特性  49-50
  4.4 混合型有源电力滤波器的基本原理  50-55
    4.4.1 并联混合型滤波器的原理结构  51-53
    4.4.2 并联混合型APF 的补偿特性  53-54
    4.4.3 串联混合型APF 的补偿特性  54-55
  4.5 基于谐波电压检测的并联混合型有源电力滤波器控制方案  55-57
    4.5.1 基于谐波电压检测的并联混合型滤波器的控制方案  56-57
    4.5.2 基于谐波电压检测的控制方案的实现  57
    4.5.3 有源滤波器基波电压控制回路  57
  4.6 小结  57-59
第五章三相电路的仿真  59-71
  5.1 三相桥式整流电路时域法谐波分析  59-61
    5.1.1 三相桥式整流电路时域法谐波分析  59
    5.1.2 补偿电流发生电路模型  59-60
    5.1.3 直流侧电容电压的控制原理  60-61
  5.2 基于PSIM 的APF 系统结构  61-62
  5.3 有源滤波器主电路元器件及参数的选择  62-63
    5.3.1 滤波电感  62
    5.3.2 直流侧电容  62
    5.3.3 相电压控制PWM  62-63
  5.4 电力谐波有效值  63-64
  5.5 补偿电流的产生  64-71
总结与展望  71-72
参考文献  72-75
发表论文和科研情况说明  75-76
致谢  76-77

基于小波理论的有源电力滤波器分析及仿真

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