微電網(wǎng)電信號檢測與分析算法的研究.pdf

1、隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的不斷加劇，可再生能源得到了廣泛的關(guān)注和快速的發(fā)展。將分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入配電網(wǎng)，被普遍認(rèn)為是利用可再生能源的有效方式。然而，大多數(shù)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行依賴于中央控制器的實(shí)時(shí)控制，其對信號采集分析的實(shí)時(shí)性和精度有較高要求;同時(shí)，大量分布式電源通過電力電子裝置接入微電網(wǎng)，帶來了嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題，增加了信號采集分析的難度。本文對微電網(wǎng)下電信號的檢測和分析展開研究，解決了以下問題:現(xiàn)有加窗插值算法變種繁多而不統(tǒng)

2、一，并且不能滿足實(shí)時(shí)控制要求;現(xiàn)有頻域算法估計(jì)短記錄單相信號時(shí)精度低;現(xiàn)有頻域算法估計(jì)多分量發(fā)生重疊的三相信號時(shí)失效;Kalman濾波方法難以直接提供基波頻率估計(jì)。本文具體內(nèi)容可以分為以下四個(gè)部分:
　　1)在常用頻域分析方法中，加漢寧窗插值算法應(yīng)用較為廣泛。其某些實(shí)現(xiàn)具有相似結(jié)構(gòu)，只是選取的插值點(diǎn)數(shù)不同。為深入理解其內(nèi)在本質(zhì)，本文利用漢寧窗和矩形窗之間的關(guān)系，將已有的兩種加漢寧窗算法轉(zhuǎn)化成未加窗的等價(jià)形式，找出其中規(guī)律，并將其推

3、廣為通用的未加窗p點(diǎn)插值算法。結(jié)合改進(jìn)的DFT遞推公式，本文得到了未加窗p點(diǎn)插值的遞推算法，該算法所需計(jì)算量僅和插值點(diǎn)數(shù)p成線性關(guān)系，因此能夠大幅降低計(jì)算量，提高信號檢測的實(shí)時(shí)性。
　　2)對于多分量重疊短記錄單相信號的檢測與分析，常用頻域分析算法的精度不能達(dá)到要求。這是因?yàn)閱蜗嘈盘柕幕ǚ至恐泻姓l率和負(fù)頻率成分，并且兩者的幅值相同，因此即使對信號進(jìn)行加窗處理，其負(fù)頻率成分在正頻率成分上的泄漏仍舊不可忽略。特別對于含直流分量的

4、短記錄單相信號，其基波分量正負(fù)頻率成分和直流分量三者相互重疊，使參數(shù)的估計(jì)極為困難。基于以上原因，本文提出了短記錄單相信號的精確分析算法，該算法將基波分量的正負(fù)頻率成分和直流分量共同建模，提高了短記錄單相信號的參數(shù)估計(jì)精度。
　　3)多分量重疊的三相信號中，重疊分量的頻率非零并且相互獨(dú)立，甚至某些分量存在阻尼系數(shù)，不符合短記錄單相信號的特點(diǎn)，導(dǎo)致了上述算法和常用頻域算法的計(jì)算精度均不能達(dá)到要求，為此本文提出一種多分量重疊三相信號的

5、頻域Prony分析算法。本文利用漢寧窗DTFT的性質(zhì)，將表達(dá)式復(fù)雜的重疊雙分量的復(fù)頻率估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為簡單的二元高次方程組，再利用Prony方法將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為差分方程的系數(shù)估計(jì)問題，接著將該差分方程寫成矩陣形式，利用數(shù)據(jù)矩陣的奇異值分解獲得重疊分量的數(shù)目，并根據(jù)不同分量數(shù)目采用不同參數(shù)計(jì)算各分量的復(fù)頻率，提高了信號存在重疊多分量時(shí)的計(jì)算精度。
　　4)針對微電網(wǎng)電信號存在波動較大較快情況下的參數(shù)估計(jì)問題，常用頻域算法具有較大的計(jì)算

6、時(shí)延，而傳統(tǒng)的Kalman時(shí)域分析算法通常僅對諧波的幅值相位建立Kalman濾波器，卻采用其他算法計(jì)算基波頻率。為此本文提出了基于雙重Kalman濾波的高精度電參數(shù)時(shí)域計(jì)算方法，該算法針對分量的幅值相位和基波的頻率分別搭建Kalman濾波器，并在兩個(gè)濾波器之間建立聯(lián)系。前者的狀態(tài)變量可以用于計(jì)算基波的頻率并作為后者的測量;后者的狀態(tài)變量可以為前者提供模型參數(shù)。該算法在三相電網(wǎng)信號的幅值、相位和頻率發(fā)生突變，幅值和頻率同時(shí)連續(xù)變化，以及處