基于Prony的諧波間諧波檢測方法和檢測系統(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)量問題日益嚴(yán)重，給電網(wǎng)和電力用戶帶來的危害也越來越大。電網(wǎng)的諧波、間諧波問題引起社會很大的關(guān)注。為了更好地監(jiān)測、改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量，尋找更有效的電能質(zhì)量檢測分析方法變得尤為重要。
　　本文首先對廣泛采用的三相電路瞬時無功功率理論方法進(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)系法的諧波檢測方法。并通過構(gòu)造信號源，對ip-iq法，d-q法進(jìn)行Matlab仿真，驗證了兩者均能

2、在電壓畸變情況下有效檢測諧波電流，其中d-q法在三相不對稱情況中具有更高的相位檢測精度。
　　針對離散傅里葉變換中存在的頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)問題，本文通過分析非同步采樣結(jié)果，闡述了其產(chǎn)生的原理。研究了加窗算法對于改進(jìn)頻譜泄漏的作用，并通過仿真比較各種加窗函數(shù)的主瓣寬度以及旁瓣衰減速率，提出漢寧窗對于抑制頻譜泄漏現(xiàn)象效果最佳。通過仿真研究了補(bǔ)零法對于改善FFT變換的作用。
　　針對傳統(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程中相互之間存在干擾的問題，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)，通過構(gòu)造同步采樣序列，實現(xiàn)非同步采樣信號的準(zhǔn)同步化。為了避免信號中諧波、間諧波之間的互擾問題，對頻移后的準(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)的線性組合來擬合采樣數(shù)據(jù)，并提取信號的頻率、幅值、相位等特征量。

4、在不同強(qiáng)度的噪聲干擾環(huán)境下對比驗證了加窗插值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。實驗結(jié)果表明QS-Prony法可以有效解決非同步問題，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)計了下位機(jī)信號采集電路，包含電流、電壓互感器選型，輸入級電路設(shè)計

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