40000字硕士毕业论文基于MUSIC计算的电力谐波间谐波频谱预测方法研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：40000字
论点：谐波,分析,算法
论文概述：
谐波、间谐波分析是电力系统衡量电能质量的重要依据，也是进行谐波抑制、治理的主要理论依据，是研究谐波问题的出发点。随着计算机和科学技术的发展，各种数字信号处理和人工智能方法
论文正文：
第一章导言
1.1本课题的研究背景和意义
随着全球工业技术的不断发展，对电力的需求越来越大。特别是在快速变化的中国，电力负荷的年增长率超过10%。随着国内工业的快速发展和人民生活质量的快速提高，对电力系统的稳定发展提出了越来越高的要求。特别是大量电力电子设备和非线性设备的输入和使用，如大型整流设备、电弧炉、电力机车等。，都使电网产生电压畸变、冲击负荷功率和谐波电流。电能质量和供电可靠性受到严重影响。20世纪20年代，电能质量的研究开始受到专家学者的关注。传统的电能质量研究基于频率和幅度两个值。然而，在电力系统的实际运行中，随着电力电子设备的广泛使用，出现了电压和电力波形失真的问题，谐波的抑制、管理和分析变得迫切。谐波是周期信号的正弦波成分，其频率是基波频率的整数倍。频率是基波整数倍的谐波称为间谐波。
直到20世纪50年代和60年代，电力系统谐波的研究才受到世界各国学者的重视。此后，学术界定期举行国际学术会议，交流和讨论谐波分析和研究的新成果和发现。许多国家根据本国国情制定了相关的谐波标准和电导规则。已出版的国际标准包括IEC 61000-2-2“公共低压供电系统中低频传导干扰和信号的兼容性标准”和IEC 61000-2-4“工业设备中低频传导干扰的兼容性标准”以及国际电工委员会(IEC)制定的其他标准文件。美国IEEE也发布了相关谐波标准。中国还颁布了GB/T14595-93《电能质量公共电网谐波》。谐波不仅对电力系统造成污染，而且对自然环境造成危害。有必要限制、检测和管理各种谐波污染源排放的污染。产生的谐波数量将控制在国家标准的控制范围内。分析谐波并根据分析结果制定抑制谐波的相关措施，可以有效提高电力系统的运行效率，降低变压器和电网的损耗，减少继电保护和自动控制系统的误操作，减少对电气设备的干扰，减少对电能计量的干扰。
近十年来，在国内外专家学者的共同努力下，谐波分析技术得到了极大的发展。各种算法的引入为电力谐波分析注入了新技术。谐波分析主要从检测电信号的频率、相位、幅度、功率等参数开始，并分析它们随时间的变化曲线。准确的谐波参数估计是谐波和间谐波抑制和管理的前提。电力谐波和间谐波参数估计的常用分析算法主要包括傅立叶变换法、小波分析法、神经网络分析法和空种间估计算法。它们各有优缺点。寻找合适的分析算法并加以改进变得尤为重要。
1.2谐波的产生和危害
近年来，随着非线性负载和大容量电气设备的增多，谐波的危害也在增加。它造成电气设备的长期损坏、通信设备的干扰、继电保护和自动装置的误操作，严重影响电网的安全、稳定和经济运行。
1.2.1谐波源
谐波源主要是向电网注入谐波电流或在电网中产生谐波电流的电气设备。主要有整流设备、换流设备、开关电源等。例如:
(1)电弧加热设备:电弧炉、弧焊机、电焊机等。
(2)感应加热设备:如中频电炉等。
(3)交流整流电气设备:如电力机车、电解、变频调速、变频空调节等。
(4)开关电源设备:如电视、电脑、电子镇流器等。
第二章电力系统谐波分析方法概述
谐波分析是计算周期谐波波形的频率、幅度和相角的过程。通过计算傅里叶级数，建立了时域和频域之间的关系。谐波分析的一般方法是:首先对谐波数据信号进行采样，对采样数据进行离散傅里叶变换处理，然后进行快速傅里叶变换计算。
2.1谐波介绍
2.1.1谐波和间谐波的定义
在理想的电力系统中，电压和电流的波形是固定频率的。然而，在实际情况下，非线性负载的连接、大容量电力设备的连接或二次保护的误操作都会导致电力系统波形失真。谐波的定义:谐波是周期电量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍。为了理解谐波，需要确定两个关键点:(1)谐波频率是基波的正整数倍；(2)在谐波现象期间波形保持不变的稳态现象不是波形随时变化的瞬态现象。根据傅立叶变换理论，变换后的功率波形是周期性的，因此它不同于瞬态信号。间谐波的定义:频率是非基频整数倍的谐波。间谐波主要由大电压波动和非线性负载波动引起。间谐波的影响和危害与谐波相似。它们都是必须抑制的电力污染。谐波和间谐波的定义可总结如表(2.1)所示。
第三章.........................................32-35
基于谐波谱中MUSIC算法的谱估计.........................................31-38
3.1空3 . 1 . 1空谱估计的基本概念.........................................32-33[/比尔/] 3.1.2估计量和克拉美-拉奥边界的性质.........................................33-35 [/BR/ ] 3.2多信号分类算法.........................................35-37
3.2.1经典音乐算法.........................................35-36
3.2.2查找根音乐算法.........................................36-37
3.3本章概述.........................................37-38
第四章模拟和分析.........................................38-45
4.1基于快速傅立叶变换的谐波频谱模拟.........................................38-40
4.1.1模拟结果.........................................38-40
4.1.2模拟数据分析.........................................基于小波包变换的40
4.2谐波频谱仿真.........................................40-42
4.2.1模拟数据分析.........................................基于MUSIC算法的41-42
4.3谐波频谱仿真.........................................42-44 [/BR/] 4.4本章概述.........................................44-45
结论
本文以电力系统产生的谐波和间谐波信号为分析对象，以基于傅里叶变换、小波变换和以MUSIC算法为代表的空种间估计算法为主要研究内容。对这三种方法分别进行了理论分析，并在matlab实验平台上进行了仿真。通过比较三种方法对信号数据的分析结果，分析了它们在电力系统谐波分析中的优缺点和适用范围。本文的主要研究内容如下:
(1)首先，介绍了谐波和间谐波的基本概念、谐波的产生机理和数学模型。分析了谐波产生的原因，对谐波的来源进行了分类和介绍，并详细分析了谐波和间谐波对电力系统和电气设备的危害。谐波和间谐波的频谱分析在电能质量研究领域也是极其重要的。研究者应更加重视谐波危害，将谐波抑制和谐波控制放在突出位置。
(2)总结了电力系统谐波分析方法的主要原理。频率、振幅、相位和功率是谐波分析中的主要估计参数。电流谐波分析主要检测这些参数，从而指导电网运行方式的可靠运行。研究了傅里叶变换方法的理论基础和分析过程，分别研究了离散傅里叶变换和快速傅里叶变换的分析过程。比较表明，离散傅立叶变换只能在理想条件下实现数据的同步采样，并能准确分析谐波信号的参数。然而，实际电网信号随时变化，由于间谐波的干扰，可以实现同步采样。异步采样的后果是频谱泄漏和栅栏效应。
(3)简要介绍了小波分析理论的发展、主要原理和应用范围。本文主要研究它在电力系统谐波分析中的应用。分析了Mallat算法结合小波分析在谐波分析中的应用。经过研究发现，该算法对信号分解和重构计算量大，计算速度慢，相位检测精度分辨率低，频谱泄漏。研究了小波包理论。与Mallat算法相比，小波包分析以更高的分辨率分解信号的低频和高频。
(4)介绍了谱估计算法的历史和应用。分别研究了AR谱估计和空谱间估计的理论原理。着重分析了空谱间估计的发展、现状和存在的问题。虽然空之间的频谱估计技术具有高分辨率和精度，但它的使用是基于一个重要条件，即信号源的数量应该是已知的。在实际应用中，几乎很难预先确定信号源的数量，因此空之间的频谱估计算法仍然有很大的发展空。
(5)介绍了多信号分析方法的基本原理、实现过程及其在谐波分析中的应用。掌握MUSIC算法之前，必须掌握阵列信号处理的基础。本文简要介绍了真实信号处理的基本知识和与本文相关的关键结论。
(6) matlab仿真分析。使用快速傅立叶变换、小波变换和MUSIC算法编辑仿真程序来分析给定信号组的谐波。信号包含谐波和间谐波。分析结论论证了前三章的理论分析。结果表明，MUSIC算法在分析电力谐波和间谐波参数时具有更广的应用范围和更高的分辨率。当使用MUSIC算法时，因为谐波模型是正弦信号，所以在数据处理之前有必要将信号从频域传输到空域。信号的正弦数对应于阵列信号中信号源的数量。因此，用MUSIC算法分析谐波参数是可行的。