基于Prony的諧波間諧波檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷的廣泛使用，電能質(zhì)量問(wèn)題日益嚴(yán)重，給電網(wǎng)和電力用戶帶來(lái)的危害也越來(lái)越大。電網(wǎng)的諧波、間諧波問(wèn)題引起社會(huì)很大的關(guān)注。為了更好地監(jiān)測(cè)、改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量，尋找更有效的電能質(zhì)量檢測(cè)分析方法變得尤為重要。
　　本文首先對(duì)廣泛采用的三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論方法進(jìn)行研究，其中研究了p-q坐標(biāo)系，ip-iq坐標(biāo)系，d-q坐標(biāo)系法的諧波檢測(cè)方法。并通過(guò)構(gòu)造信號(hào)源，對(duì)ip-iq法，d-q法進(jìn)行Matlab仿真，驗(yàn)證了兩者均能

2、在電壓畸變情況下有效檢測(cè)諧波電流，其中d-q法在三相不對(duì)稱情況中具有更高的相位檢測(cè)精度。
　　針對(duì)離散傅里葉變換中存在的頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)問(wèn)題，本文通過(guò)分析非同步采樣結(jié)果，闡述了其產(chǎn)生的原理。研究了加窗算法對(duì)于改進(jìn)頻譜泄漏的作用，并通過(guò)仿真比較各種加窗函數(shù)的主瓣寬度以及旁瓣衰減速率，提出漢寧窗對(duì)于抑制頻譜泄漏現(xiàn)象效果最佳。通過(guò)仿真研究了補(bǔ)零法對(duì)于改善FFT變換的作用。
　　針對(duì)傳統(tǒng)傅里葉變換在非同步采樣條件下存在頻譜泄漏，以

3、及諧波和間諧波在分析過(guò)程中相互之間存在干擾的問(wèn)題，本文創(chuàng)新性地提出一種基于準(zhǔn)同步-梳狀濾波器分離-Prony譜分析算法（QS-Prony）。該算法首先使用基于頻移算法的準(zhǔn)同步采樣技術(shù)，通過(guò)構(gòu)造同步采樣序列，實(shí)現(xiàn)非同步采樣信號(hào)的準(zhǔn)同步化。為了避免信號(hào)中諧波、間諧波之間的互擾問(wèn)題，對(duì)頻移后的準(zhǔn)同步序列使用梳狀FIR陷波型濾波器近一步分離。隨后采用Prony譜分析法，使用指數(shù)函數(shù)的線性組合來(lái)擬合采樣數(shù)據(jù)，并提取信號(hào)的頻率、幅值、相位等特征量。

4、在不同強(qiáng)度的噪聲干擾環(huán)境下對(duì)比驗(yàn)證了加窗插值FFT算法（WI-FFT）、準(zhǔn)同步-梳狀濾波器分離-加窗插值 FFT算法（QS-WI-FFT）、準(zhǔn)同步-梳狀濾波器分離-Prony譜分析算法（QS-Prony）的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明QS-Prony法可以有效解決非同步問(wèn)題，有效避免了諧波、間諧波之間的互擾，并且相比FFT算法具有較高的頻率分辨率。
　　以FPGA為控制核心設(shè)計(jì)了下位機(jī)信號(hào)采集電路，包含電流、電壓互感器選型，輸入級(jí)電路設(shè)計(jì)

5、、前置放大電路設(shè)計(jì)以及AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與功能驗(yàn)證。采用ADS8364這款16位6通道同步采樣數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。針對(duì)上位機(jī)算法中，Prony諧波檢測(cè)算法對(duì)噪聲敏感的特性，在硬件設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性地對(duì)電路的抗噪性能進(jìn)行了優(yōu)化處理。設(shè)計(jì)了FPGA的程序模塊，并采用獨(dú)熱碼設(shè)計(jì)了三段式AD采樣程序。
　　搭建了基于LabVIEW的電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括：實(shí)時(shí)波形顯示模塊，有效值、功率檢測(cè)模塊，諧波檢測(cè)模塊。其中諧波檢測(cè)模塊采用基于Prony的