基于FFT和小波变换的虚拟谐波分析系统的设计与研究

摘要

随着现代电力电子技术的发展,非线性电力负荷在电力系统中的应用越来越广泛,由此导致的电力谐波给电网造成的污染日益严重,谐波已成为影响电能质量的公害。因此,对电网谐波进行监测与研究是限制和消除谐波危害的前提,也是保证供电系统安全经济运行及保证设备和人身安全的迫切需要。由于传统的谐波参数检测系统以硬件为核心,功能单一,逐渐无法满足日益复杂的测试要求。近年来,计算机技术、通信技术以及测试测量技术的不断发展推动了虚拟仪器技术的进步,将虚拟仪器技术引入到电力系统中具有极其广阔的应用前景。本文首先从电力系统谐波出发,分析了其产生的原因、危害及传统的谐波测量方法及其优缺点,介绍了虚拟仪器技术和谐波分析的理论基础,然后提出了基于FFT和小波变换的虚拟谐波分析系统的设计思路及其实现方法。数据采集是虚拟仪器系统中首先要解决的问题,本文开发了基于动态链接库的LabVIEW驱动程序,实现了在LabVIEW中对数据采集卡硬件的控制和对采样数据的传输。对一些主要指标的测量算法进行了分析。着重完成了谐波的分析方法,针对稳态谐波采用FFT算法进行实时分析,暂态信号部分利用小波变换Mallat算法来对突变谐波进行识别和定位。本文开发了基于FFT和小波变换的虚拟谐波分析系统,完成了开发平台与硬件的连接及相关软件模块的设计。测试系统可以对电压电流数据进行实时采集,通过后台软件系统计算各项指标参数,并具有友好的人机界面及数据储存等功能,且具有广泛的扩展升级空间。通过仿真和实际的测量,证明其性能指标满足谐波测量和分析的需要。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 谐波的基本概念

1.2 电力系统谐波的危害

1.3 谐波研究的意义

1.4 谐波测量方法的研究现状

1.5 课题的提出及研究意义

1.6 论文的总体结构

第二章 虚拟仪器技术

2.1 虚拟仪器产生的背景

2.2 虚拟仪器的概念及特点

2.3 虚拟仪器的结构

2.4 虚拟仪器采用的总线方式

2.5 虚拟仪器的应用

第三章 谐波分析的理论基础

3.1 傅立叶变换

3.1.1 连续傅立叶变换

3.1.2 离散傅立叶变换

3.1.3 短时傅立叶变换

3.2 小波变换

3.2.1 连续小波变换

3.2.2 离散小波变换

3.2.3 多分辨率分析

3.2.4 Mallat 算法

3.3 小波变换与傅立叶变换的比较

3.4 谐波参数测量原理

第四章 系统整体设计

4.1 系统软硬件开发平台

4.1.1 系统软件开发平台—LabVIEW

4.1.2 系统硬件构成

4.2 系统软件设计

4.2.1 系统总体设计思路

4.2.2 用户登录界面

4.2.3 参数设置

4.2.4 帮助模块

4.2.5 数据采集模块

4.2.6 数据处理模块

4.2.7 数据存储模块

第五章 实验及其结果分析

5.1 实验结果

5.2 误差分析

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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