小波分析在电压闪变测量中的应用(附件)【字数：13883】
摘 要 随着电力系统中大容量冲击负荷的不断增长，配电网中的电压闪变也越来越严重，因此需要对其进行检测和分析，从而提出具体的治理方案。但是统计评价的指标只能定量地给出闪变的强弱或严重程度,却不能说明闪变的具体参数特征。重点研究了小波变换对突变信号分析的算法，分析了傅里叶变化及其改进算法加窗傅里叶对突变信号分析的局限性，从而引出了小波变换。通过不同的小波对不同的正弦电压突变仿真的不同结果，分析了小波自身波形与信号的相似程度和小波滤波器对信号产生的影响。研究了小波变换的快速算法MALLAT算法，仿真分析了算法中的每一个过程。通过对不同的电压闪变模型利用同步检波法测量的仿真，利用合适的小波可以比较完美地分析出闪变信号，重构波形精度也比较好；并且可以实现精确定位突变时间。最后，根据仿真的结果，结合TI的TMS320F2812（DSP）,利用其内部AD进行数据采集，编制了可以在DSP上运行的电压闪变测量的实时算法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1电压闪变的概述 1
1.2电压闪变的危害 1
1.3研究电压闪变的意义 1
第二章 小波分析原理 3
2.1小波分析的概述 3
2.2小波分析的发展 3
2.3加窗傅里叶变换 3
2.3.1傅里叶变换 3
2.3.2加窗傅里叶变换 5
2.4小波变换 6
2.4.1连续小波变换[14] 7
2.4.2二进小波变换[14] 9
2.4.3离散二进小波变换[14] 9
第三章 Mallat算法 11
3.1 MALLAT算法 11
3.1.1利用MALLAT算法的正交小波的分解与重构 11
3.1.2常用的紧支撑正交小波 12
3.2 MALLAT算法测电压闪变的DSP实现 15
3.3 MALLAT算法以及单自带重构算法中的频率混淆现象 17
第四章 仿真研究 21
4.1 常用正交小波分解与重构仿真 21
4.1.1小波分解仿真 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
21
4.1.2小波重构仿真 25
4.1.3上采样和下采样对信号产生的影响仿真 29
4.2 基于同步检波法测电压闪变的仿真研究 31
4.2.1单一闪变频率的电压闪变信号 31
4.2.2多闪变频率的电压闪变信号 33
4.2.3多闪变频率突变的电压闪变信号 35
4.3 基于同步检波的MALLAT算法测电压闪变的缺点及部分改进 37
4.3.1数据延拓模式对闪变信号重构产生的影响 37
4.3.2 干扰信号对电压闪变测量的影响 38
4.3.3当两个闪变频率接近时的情况 40
第五章 基于DSP的实验装置的开发和实现 42
5.1 基于DSP的电压闪变测量系统的硬件构成 42
5.2 TMS320F2812原理 42
5.3 TMS320F2812的内部ADC模块特点 43
5.4 利用TMS320F2812内部AD测电压闪变 43
第六章 结论 47
致 谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1电压闪变的概述
自70年代，电压闪变的问题是国际电力系统研究较多的课题之一。电压闪变是电压波动的一种特殊反映。由于光源电压变化小且迅速变化，从而导致光源输出照度(或亮度)向人眼闪烁的现象称为“闪变”。
1.2电压闪变的危害
电压波动和闪变主要是因为工作过程中的有功功率和无功功率的变化幅度过大而造成的。它影响了其他电力用户的正常用电，产生了电力公害。这些负荷的特点是：有功功率和无功功率随机或周期性波动大，允许工作时功率因数低，产生大量谐波，导致一些三相负荷严重不对称。随着大型工业的发展，冲击负荷的功率越来越大，虽然电力系统也在发展，但冲击负荷达到了几万甚至几十万千瓦。但是，这些冲击负荷在局部电网或小系统中仍会对电能质量导致重大影响。电压波动和闪变常常导致许多电气设备不能正常工作，其危害如下：
（1）导致电视画面亮度变化，纵向和横向振幅振动；
（2）导致车间、工作室和客厅灯处灯光闪烁，容易使人的视觉疲劳甚至无法忍受，产生烦躁情绪，对工作效率和生活质量产生重大影响；
（3）导致电子仪器设备、计算机、自动控制设备运行不正常；
（4）影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果；
当然，波动性负荷不仅会产生以上总结的闪变危害，因为自身的工作特点所导致的，还会产生大量的谐波，并且由于其三相严重不对称带来的负序分量，同样会危及供电系统的安全稳定运行。
1.3研究电压闪变的意义
为了控制电压波动和闪变的危害，1990年，中国技术监督局颁布了国际“电能质量电压允许波动和闪变”。从该标准实施以来，它在控制电网电压波动和闪变方面发挥了非常重要的作用，促进了电压波动和闪变处理项目的开发与实施以及相关仪器的开发。多年以来，在贯彻标准中积累了丰富的经验，同时也找到了原标准中出现的问题。此标准适用于电力系统正常运行方式中因负荷波动引起的公共连接点电压迅速变化，并可能引起明显的光闪烁的情况。该标准规定了电压波动和闪光灯的限值，以及测试、计算和评估方法。
随着国外与大型冶金设备和电力设备的合作技术的增加，国家标准与国际标准的一致性越来越明显。所以，对国际上关于电压波动和闪变的标准及其相关的测量方法进行研究是很有必要的。IEC推荐的闪烁检测方法是由模拟方法规定的。由于被测信号的动态范围很大，对模拟技术提出了较高的电路要求，但数字技术没有这样的问题，可以保证足够的精度。因为系统功能易改变，所以研究新标准下的数字闪烁检测方法势在必行。
第二章 小波分析原理
2.1小波分析的概述
简单来说，“小波”就是小的波形。小的意思就是它有衰减性；而所说的“波”其实指的是它肯定有一定的波动性，因此换句话说小波其实就是一种小型区域的波，是一种特殊长度为零的区域有限的波形，所以它其实是有两种特征的，第一种就是“小”，即在时域具有紧之集或近似紧之集，第二也就是在正负重量为零。
2.2小波分析的发展
1974年，从事石油信号处理的法国工程师J.Morlet第一个提出小波变换的这一概念，它的反演公式是通过物理的直观和信号处理的实际需要经验建立的，遗憾的是当时未能得到学界的认可。在七十年代，小波变换的出现是经过A.Calderon表示定理的发现、Hardy空间的原子分解和无条件基的深入研究才成功的，并且做了理论上的准备，历史上非常类似于现在的小波基是J.O.Stromberg构造的；著名数学家Y.Meyer于1986年偶然构造出一个真正的小波基，并与S.Mallat合作建立了构造小波基的统一方法多尺度分析之后，小波分析才开始蓬勃发展起来，《小波十讲（Ten Lectures on Wavelets）》是比利时女数学家I.Daubechies撰写的，对小波的普及起了重要的推动作用。与傅里叶变换、加窗傅里叶变换相比，这是一个时间和频率的局域变换，因而信息能有效的从信号中提取，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（Multiscale Analysis），傅里叶变换不能解决的许多困难问题被解决了，从而把小波变化被誉为“数学显微镜”，它是调和分析发展史上里程碑式的进展。
目 录
第一章 绪论 1
1.1电压闪变的概述 1
1.2电压闪变的危害 1
1.3研究电压闪变的意义 1
第二章 小波分析原理 3
2.1小波分析的概述 3
2.2小波分析的发展 3
2.3加窗傅里叶变换 3
2.3.1傅里叶变换 3
2.3.2加窗傅里叶变换 5
2.4小波变换 6
2.4.1连续小波变换[14] 7
2.4.2二进小波变换[14] 9
2.4.3离散二进小波变换[14] 9
第三章 Mallat算法 11
3.1 MALLAT算法 11
3.1.1利用MALLAT算法的正交小波的分解与重构 11
3.1.2常用的紧支撑正交小波 12
3.2 MALLAT算法测电压闪变的DSP实现 15
3.3 MALLAT算法以及单自带重构算法中的频率混淆现象 17
第四章 仿真研究 21
4.1 常用正交小波分解与重构仿真 21
4.1.1小波分解仿真 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
21
4.1.2小波重构仿真 25
4.1.3上采样和下采样对信号产生的影响仿真 29
4.2 基于同步检波法测电压闪变的仿真研究 31
4.2.1单一闪变频率的电压闪变信号 31
4.2.2多闪变频率的电压闪变信号 33
4.2.3多闪变频率突变的电压闪变信号 35
4.3 基于同步检波的MALLAT算法测电压闪变的缺点及部分改进 37
4.3.1数据延拓模式对闪变信号重构产生的影响 37
4.3.2 干扰信号对电压闪变测量的影响 38
4.3.3当两个闪变频率接近时的情况 40
第五章 基于DSP的实验装置的开发和实现 42
5.1 基于DSP的电压闪变测量系统的硬件构成 42
5.2 TMS320F2812原理 42
5.3 TMS320F2812的内部ADC模块特点 43
5.4 利用TMS320F2812内部AD测电压闪变 43
第六章 结论 47
致 谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1电压闪变的概述
自70年代，电压闪变的问题是国际电力系统研究较多的课题之一。电压闪变是电压波动的一种特殊反映。由于光源电压变化小且迅速变化，从而导致光源输出照度(或亮度)向人眼闪烁的现象称为“闪变”。
1.2电压闪变的危害
电压波动和闪变主要是因为工作过程中的有功功率和无功功率的变化幅度过大而造成的。它影响了其他电力用户的正常用电，产生了电力公害。这些负荷的特点是：有功功率和无功功率随机或周期性波动大，允许工作时功率因数低，产生大量谐波，导致一些三相负荷严重不对称。随着大型工业的发展，冲击负荷的功率越来越大，虽然电力系统也在发展，但冲击负荷达到了几万甚至几十万千瓦。但是，这些冲击负荷在局部电网或小系统中仍会对电能质量导致重大影响。电压波动和闪变常常导致许多电气设备不能正常工作，其危害如下：
（1）导致电视画面亮度变化，纵向和横向振幅振动；
（2）导致车间、工作室和客厅灯处灯光闪烁，容易使人的视觉疲劳甚至无法忍受，产生烦躁情绪，对工作效率和生活质量产生重大影响；
（3）导致电子仪器设备、计算机、自动控制设备运行不正常；
（4）影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果；
当然，波动性负荷不仅会产生以上总结的闪变危害，因为自身的工作特点所导致的，还会产生大量的谐波，并且由于其三相严重不对称带来的负序分量，同样会危及供电系统的安全稳定运行。
1.3研究电压闪变的意义
为了控制电压波动和闪变的危害，1990年，中国技术监督局颁布了国际“电能质量电压允许波动和闪变”。从该标准实施以来，它在控制电网电压波动和闪变方面发挥了非常重要的作用，促进了电压波动和闪变处理项目的开发与实施以及相关仪器的开发。多年以来，在贯彻标准中积累了丰富的经验，同时也找到了原标准中出现的问题。此标准适用于电力系统正常运行方式中因负荷波动引起的公共连接点电压迅速变化，并可能引起明显的光闪烁的情况。该标准规定了电压波动和闪光灯的限值，以及测试、计算和评估方法。
随着国外与大型冶金设备和电力设备的合作技术的增加，国家标准与国际标准的一致性越来越明显。所以，对国际上关于电压波动和闪变的标准及其相关的测量方法进行研究是很有必要的。IEC推荐的闪烁检测方法是由模拟方法规定的。由于被测信号的动态范围很大，对模拟技术提出了较高的电路要求，但数字技术没有这样的问题，可以保证足够的精度。因为系统功能易改变，所以研究新标准下的数字闪烁检测方法势在必行。
第二章 小波分析原理
2.1小波分析的概述
简单来说，“小波”就是小的波形。小的意思就是它有衰减性；而所说的“波”其实指的是它肯定有一定的波动性，因此换句话说小波其实就是一种小型区域的波，是一种特殊长度为零的区域有限的波形，所以它其实是有两种特征的，第一种就是“小”，即在时域具有紧之集或近似紧之集，第二也就是在正负重量为零。
2.2小波分析的发展
1974年，从事石油信号处理的法国工程师J.Morlet第一个提出小波变换的这一概念，它的反演公式是通过物理的直观和信号处理的实际需要经验建立的，遗憾的是当时未能得到学界的认可。在七十年代，小波变换的出现是经过A.Calderon表示定理的发现、Hardy空间的原子分解和无条件基的深入研究才成功的，并且做了理论上的准备，历史上非常类似于现在的小波基是J.O.Stromberg构造的；著名数学家Y.Meyer于1986年偶然构造出一个真正的小波基，并与S.Mallat合作建立了构造小波基的统一方法多尺度分析之后，小波分析才开始蓬勃发展起来，《小波十讲（Ten Lectures on Wavelets）》是比利时女数学家I.Daubechies撰写的，对小波的普及起了重要的推动作用。与傅里叶变换、加窗傅里叶变换相比，这是一个时间和频率的局域变换，因而信息能有效的从信号中提取，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（Multiscale Analysis），傅里叶变换不能解决的许多困难问题被解决了，从而把小波变化被誉为“数学显微镜”，它是调和分析发展史上里程碑式的进展。
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