电网谐波实时高精度测量算法研究(附件)【字数：20436】
摘 要本文考虑电网谐波分析的特点和工程中应用的要求，以FFT方法为原型，展开电网谐波实时高精度测量算法探讨，主要内容有用‘FFT前处理技术’（时变加权谐波算法）和‘FFT后处理技术’（同步校正谐波算法）提升测量谐波的精度和实效性。其次，提出了一种同步采样和非同步采样都能满足权矩阵方程的新前处理方法——时变加权谐波算法—— 一种权系数可变的‘加窗’算法。FFT后处理方法有各种频谱校正算法，频谱校正算法大多是频域方法，本文用代数方法算出一种时域校正算法——同步校正谐波算法。最后，构建了一种基于DSP的谐波在线监测装置（模块），仿真和测试结果证实了提出的几种新算法是有效的，所设计的谐波在线监测装置是成功的。
Key words: Harmonic analysis; time varying weighting; synchronous correction 目 录
第一章 绪论 1
1.1智能电网与电能质量 1
1.2电力系统谐波 1
1.3谐波测量算法 1
1.4研究动态 2
1.5 IEC谐波测量标准 3
1.6本论文的主要工作 5
第二章 FFT前处理和后处理技术 6
2.1 FFT与同步偏差 6
2.2 FFT与频谱泄露 9
2.3 FFT前处理技术 12
2.3.1矩形窗 12
2.3.2 余弦窗 13
2.3.3平顶窗 15
2.3.4自卷积窗 16
2.4 FFT后处理技术 17
2.4.1插值 17
2.4.2频谱校正 24
2.5本章小结 29
第三章 FFT前处理新方法时变加权谐波算法 30
3.1 DFT算法分析 30
3.2权矩阵方程 33
3.3时变加权谐波算法 33
3.4分块FFT算法 35
3.4.1 DFT的矩阵表示 35
3.4.2分块FFT算法 36
3.4.3加权分块FFT算法 38
3.5本章小结 39
第四章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
FFT后处理新方法—同步校正谐波算法 40
4.1软同步采样 40
4.2同步误差 41
4.3可逆条件 42
4.4同步校正 43
4.5本章小结 45
第五章 谐波实时在线监测模块 46
5.1 硬件结构 46
5.2 DSP 47
5.3 PLL 47
5.4软件框图 48
5.5测试 49
5.6本章小结 51
第六章 总结与展望 52
致 谢 53
参考文献 54
第一章 绪论
1.1智能电网与电能质量
智能电网就是将电网智能化，它是根据集成的、高速双向通信网络建立的，使用控制方法、传感和测量技术、设备技术以及决策支持系统技术，实现电网各种使用安全的目标，其特征包括激励、自愈和抵御攻击，提供满足用户需求的电能质量、允许各种不同发电形式的连入、电力市场的启动以及使得资产得到优化以及运行更加高效。
电能质量指的是电力系统中电能的质量。理想中的电能质量应该是对称正弦波。随机的因素会使波形偏离理想中的对称正弦，所以就产生了电能质量问题。一个层次研究存在哪些因素会导致电能质量问题，另一个层次研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而在更大的程度上让电能质量接近于理想的正弦波。
1.2电力系统谐波
这些年，我国电力产业快速的发展，取得了从来没有的成绩，当然也面临更大的挑战。随着电力系统规模的不断扩大以及各种节能技术和自动化技术的推广、风力发电、太阳能等新能源的开发，以及各工业部门中电力电子设备的大量应用，电力系统谐波问题越来越严重，这就使得电力系统谐波的监测和治理变得越来越重要。
电力设备中最大的危害就是谐波污染，当然也是最严重的，有以下几种表现:增加介质应力和过电压干扰和危害、过负荷和发热、涉及破坏电子设备、影响保护控制设备的寿命和正常工作的状态。
1.3谐波测量算法
（1）离散傅立叶变换(DFT)的谐波测量[14]
FFT(快速傅立叶变换)是DFT的快速算法，也是现在使用较为广泛的电力信号分析方法。这种方法检测精度高、实现简单、功能多、使用方便，频谱分析以及谐波检测两方面都得到广泛的应用。
（2）希尔伯特黄变换（HHT）[ 510]
它突破了傅立叶变换一家独大的局面，以更好的方法在线性和稳态谱分析的一个重大突破，所以被认为是其多年来最重要的研究成果之一
HHT有两个部分，一个是Hilbert变换，还有一个就是EMD。EMD方法是HHT变换的核心部分，EMD就是将信号中的多个频率分离开来，使得在每一个瞬间的每一个IMF只有一个频率，这样就可以满足了Hilbert的变换要求，求得有实际物理意义的幅值、频率等信息。
（3）谱估计的检测方法[1118]
谱估计的发展大致可以分为两个阶段：经典谱估计和现代谱估计。
传统的谱估计方法（也就是经典谱估计）是自相关法和周期图法，它们都是通过傅立叶变换来实现的，它们都藏着着不合理的假设，即对观测区间以外的数据假设为零或为周期性。
根据传统谱估计方法有所改进，有窗函数法、修改的周期图求平均法、周期图法。
1.4研究动态
‘谐波’一词起源于声学。20世纪20年代的德国，由于在电力拖动、电化学和电冶金方面使用汞弧整流器而造成电压、电流波形的畸变[1920]，至此之后电力系统的研究进入了一个狂潮。
50年代高压直流输电技术（HVDC）的发展，促进了谐波研究的第二个时期。到了50~60年代，对于高压直流输电技术，又出现了大量关于变流器引起电力谐波问题的论文。
Key words: Harmonic analysis; time varying weighting; synchronous correction 目 录
第一章 绪论 1
1.1智能电网与电能质量 1
1.2电力系统谐波 1
1.3谐波测量算法 1
1.4研究动态 2
1.5 IEC谐波测量标准 3
1.6本论文的主要工作 5
第二章 FFT前处理和后处理技术 6
2.1 FFT与同步偏差 6
2.2 FFT与频谱泄露 9
2.3 FFT前处理技术 12
2.3.1矩形窗 12
2.3.2 余弦窗 13
2.3.3平顶窗 15
2.3.4自卷积窗 16
2.4 FFT后处理技术 17
2.4.1插值 17
2.4.2频谱校正 24
2.5本章小结 29
第三章 FFT前处理新方法时变加权谐波算法 30
3.1 DFT算法分析 30
3.2权矩阵方程 33
3.3时变加权谐波算法 33
3.4分块FFT算法 35
3.4.1 DFT的矩阵表示 35
3.4.2分块FFT算法 36
3.4.3加权分块FFT算法 38
3.5本章小结 39
第四章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
FFT后处理新方法—同步校正谐波算法 40
4.1软同步采样 40
4.2同步误差 41
4.3可逆条件 42
4.4同步校正 43
4.5本章小结 45
第五章 谐波实时在线监测模块 46
5.1 硬件结构 46
5.2 DSP 47
5.3 PLL 47
5.4软件框图 48
5.5测试 49
5.6本章小结 51
第六章 总结与展望 52
致 谢 53
参考文献 54
第一章 绪论
1.1智能电网与电能质量
智能电网就是将电网智能化，它是根据集成的、高速双向通信网络建立的，使用控制方法、传感和测量技术、设备技术以及决策支持系统技术，实现电网各种使用安全的目标，其特征包括激励、自愈和抵御攻击，提供满足用户需求的电能质量、允许各种不同发电形式的连入、电力市场的启动以及使得资产得到优化以及运行更加高效。
电能质量指的是电力系统中电能的质量。理想中的电能质量应该是对称正弦波。随机的因素会使波形偏离理想中的对称正弦，所以就产生了电能质量问题。一个层次研究存在哪些因素会导致电能质量问题，另一个层次研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而在更大的程度上让电能质量接近于理想的正弦波。
1.2电力系统谐波
这些年，我国电力产业快速的发展，取得了从来没有的成绩，当然也面临更大的挑战。随着电力系统规模的不断扩大以及各种节能技术和自动化技术的推广、风力发电、太阳能等新能源的开发，以及各工业部门中电力电子设备的大量应用，电力系统谐波问题越来越严重，这就使得电力系统谐波的监测和治理变得越来越重要。
电力设备中最大的危害就是谐波污染，当然也是最严重的，有以下几种表现:增加介质应力和过电压干扰和危害、过负荷和发热、涉及破坏电子设备、影响保护控制设备的寿命和正常工作的状态。
1.3谐波测量算法
（1）离散傅立叶变换(DFT)的谐波测量[14]
FFT(快速傅立叶变换)是DFT的快速算法，也是现在使用较为广泛的电力信号分析方法。这种方法检测精度高、实现简单、功能多、使用方便，频谱分析以及谐波检测两方面都得到广泛的应用。
（2）希尔伯特黄变换（HHT）[ 510]
它突破了傅立叶变换一家独大的局面，以更好的方法在线性和稳态谱分析的一个重大突破，所以被认为是其多年来最重要的研究成果之一
HHT有两个部分，一个是Hilbert变换，还有一个就是EMD。EMD方法是HHT变换的核心部分，EMD就是将信号中的多个频率分离开来，使得在每一个瞬间的每一个IMF只有一个频率，这样就可以满足了Hilbert的变换要求，求得有实际物理意义的幅值、频率等信息。
（3）谱估计的检测方法[1118]
谱估计的发展大致可以分为两个阶段：经典谱估计和现代谱估计。
传统的谱估计方法（也就是经典谱估计）是自相关法和周期图法，它们都是通过傅立叶变换来实现的，它们都藏着着不合理的假设，即对观测区间以外的数据假设为零或为周期性。
根据传统谱估计方法有所改进，有窗函数法、修改的周期图求平均法、周期图法。
1.4研究动态
‘谐波’一词起源于声学。20世纪20年代的德国，由于在电力拖动、电化学和电冶金方面使用汞弧整流器而造成电压、电流波形的畸变[1920]，至此之后电力系统的研究进入了一个狂潮。
50年代高压直流输电技术（HVDC）的发展，促进了谐波研究的第二个时期。到了50~60年代，对于高压直流输电技术，又出现了大量关于变流器引起电力谐波问题的论文。
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