毕业论文设计题目基于傅立叶变换的谐波检测1.毕业论文设计选题背景、研究意义1.1选题背景一般而言,理想的电力系统是以单一而固定的频率以及规定的固定幅值的电压水平供电的。然而电网通常不能满足以上要求提供电能。实际中由于电力电子技术的广泛应用﹐工业生产中的大功率换流设备、电子电压调整设备、电弧炉、非线性负载等将不可避免地产生非正弦波形向电力系统注入了大量谐波电流导致电压、电流波形发生了严重畸变。电力系统谐波是一个周期电气量的正弦波分量其频率为基波频率的整数倍。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。我国电力系统的额定频率为50Hz则基波频率为50Hz2次谐波频率为100Hz3次谐波频率为150Hz等。在一定供电条件下有些用电设备也会出现非整数倍谐波称为间谐波或分数谐波。谐波实际上就是一和干扰量。现在由谐波引起的正弦电压和电流的波形畸变已成为危害电能质量的主要原因之一。谐波电流和谐波电压的出现恶化了供电系统所处的环境无疑是公用电网的一种污染。并且近年来由谐波引起的各种故障和事故不断发生其严重性已引起了人们的高度重视它对电力系统的危害主要体现在以下几个方面:(1谐波会增加输、供和用电设备的额外附加损耗损害其绝缘性能降低寿命和可靠性;(2谐波可导致继电保护和自动装置的误动作影响电力系统正常运行;(3)由谐波引起的谐振会提升谐波的幅值造成电容器和其它设备因大电流损坏;(4)电力谐波会对电视接收机、计算机图形画面产生波动严重时损害机器;(5)由于高次谐波的存在通迅线路将出现噪音和危险的感应电动势;综上所述,可以看出不论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是保证设备和人身的安全来看,对谐波污染造成的危害影响加以监测和限制都是迫切需要的。1.2研究意义和许多其它形式的污染一样谐波的产生影响整体电气环境而且可能影响到距其源点较远的距离之处。电力系统谐波最明显的后果是因感应谐波噪音所引起的电话通信的劣化。但是还有其它的较少出现然而却常常有灾难性影响的情况例如重要的控制和保护装置引起系统的误动作以及电力设备的过载。波形污染的存在常常在代价昂贵的事故例如:无功补偿电容的损坏之后才被发现。此外在没有电气福利的国家上述损坏必须由用户来修复和更换即便采用由用户安装保护设备的滤波器这一措施也只是对整体电气环境进行了少许改善。近些年工业方面由于采用了晶闸管整流而有了可观的发展但也因此产生了电流谐波。设计设备时通常是假设有一个没有谐波畸变的电压源这种假设只是在向该设备供电的系统具有很低的谐波阻抗时才能成立。因而较小的电力用户正在面临其自身的控制设备和供电电流的相互.作用而引起的日益增加的困难。还有在现代工矿企业和运输部门中非线性负荷大量增加。首先是硅整流和换流技术的发展例如:化工部门在电解过程中广泛采用硅整流;电气化铁道中采用单相交流整流供电的机车。其次是冶金、机械工业的发展使电弧炼钢炉容量不断扩大单台容量由过去几吨发展到300-400吨相应的电炉变压器容量也由几个兆伏安发展到几十甚至一、二百兆伏安。此外工业中广泛使用的电弧和接触焊设备硅铁炉、高频炉等均属于非线性负荷。电力变压器容量在不断发展也成为电力系统的一个重要的非线性负荷。随着工业的发展预计非线性负荷还将不断增加。非线性负荷从电网吸收非正弦电流引起电网电压畸变。不对称的波动谐波源例如:电弧源、电气化铁道)还引起电压波动、闪变和负序分量使电能质量严重恶化,危及电力系统安全和经济运行,并影响某些用户的正常生产。综合来看谐波污染对电力系统的危害主要概括为:1在感应电机和同步电机中发生过度的损耗——发热甚至和同步电机的机械振动;2增加变压器和电网的损耗。当发生谐振或放大现象时损耗可达到相当大的程度;3对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流的放大;从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏;对电力电缆也会造成电缆的过负荷或过电压击穿;4系统中谐波电压和电流谐振造成电压和过电流或者引起电缆介质绝缘的破坏。5对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作。尤其是一些衰减时间较长的暂态过程如变压器合闸涌流中的谐波分量由于其幅值和含量都很大更容易引起继电保护的误动作;6干扰大电机的控制器和发电厂的励磁系统据报告曾引起过发电机故障和不对称输出);7干扰脉动控制和电力载波系统引起遥控转换负荷控制和仪表显示功能的系统误动;8位于零点电压交叉检波和触发电路的不稳定运行;9电度表出现测量误差。一方面是增加电度表本身的误差另一方面是谐波源负荷从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率。这样受害的用户既从系统中吸收基波功率又从谐波源吸收无用的谐波功率其后果是谐波源负荷用户少付电费而受害的用户多付电费;10谐波电流在高压架空线路上的流动除增加线损外还将对相邻通讯线路产生干扰影响。当然这些影响取决于谐波源的类型谐波源在系统中的位置和促进谐波传播的网络特征。日前国际上公认谐波的“污染”是电力系统的公害必须采取措施加以限制。供电部门为了避免谐波问题的副作用对用户问公共用电点上的电压谐波水平一般要给出谐波限制的允许标准。但是确定谐波水平的限制不是件简单的事。现有的知识还不够充分和先进到足以确定这样一个限制。即在这个限制内任意给定的电力系统都可以承受这个谐波水平在此水平下系统具备对它所要求的各种功能。因为大部分现有的谐波知识是从事件背景中产生出来的迄今为止所制定的标准和限值都反应了过去的实际经验以防止类似问题今后再出现。文献综述谐波电压是谐波源注入电网的谐波电流在电网阻抗上产生的电压降。在电网连接点的谐波电压可能是一个谐波源的谐波电流造成也可能是多个谐波源的谐波电流造成。因此要限制系统的谐波电压就必须限制谐波源用户注入的谐波电流。谐波电流的限制是根据保证系统电能质量、把谐波电压限制到允许范围以内的基本要求所确定的。根据不同情况和要求再考虑到管理上的方便可采取多种形式和方法主要有:1.规定换流器或交流调压器谐波源不经过计算即可接入电网的允许容量;2.规定每个用户注入电网的谐波电流允许值;3.如国际大电网会议第36-05工作组提出的建议。扣除上一级电网传递到本级电网的谐波电压后,剩余的谐波电压即为本级电网对其全部用户能承担的全部谐波能力再按每个用户接入本级电网取用的供电容量份额计算该用户允许注入电网的谐波电流。我国谐波国家标准(GB/T14549-93)《电能质量公用电网谐波》是国家技术监督局于1993年7月31日发布1994年3月1日起实施的。制定谐波国家标准的目的是把公用电网的谐波量控制在允许范围内以保证供电电能质量防止谐波对电网和用户的各种电气设备造成危害保证电网及用户安全经济运行。标准适用的范围是交流50Hz、110kV及以下的公用电网及其供电的电力用户。对于220kV电网及其供电的电力用户可参照标准对110kV电网的规定执行。其主要原因为:1.220kV电网的谐波电压直接受330kV或500kV电网谐波电压的影响。对于这种影响目前国内外都还缺乏经验。2.220kV电网输电线路的充电无功功率较大(每100km约25MVar),在某些情况下难以避免对低次谐波(例如3次、5次谐波)的放大。3.目前许多220kV电网使用的电容式电压互感器测量谐波电压的误差很大。3.主要研究内容和研究方法3.1 主要研究内容随着计算机和微电子技术的发展,基于傅立叶变换的谐波检测是当今应用最多也是最广的一种方法。它由离散傅立叶变换过渡到快速傅立叶变换的基本原理构成。模拟信号经采样离散化为数字序列信号后经微型计算机进行谐波分析和计算,得到基波和各次谐波的幅值和相位并可获得更多的信息如谐波功率、谐波阻抗以及对谐波进行各种统计和分析等,各种分析计算结果可在屏幕上显示或按需要打印输出。使用此方法测量谐波精度较高功能较多使用方便。其缺点是需要一定时间的电流值且需进行两次变换计算量大需花费较多的计算时间从而使得检测方法具有较长时间延时检测结果实际是较长时间前的谐波和无功电流实时性不好。而且算法中存在频谱泄漏效应和栅栏效应使计算出的信号频率、幅值和相位不准,尤其是相位误差很大,无法满足测量精度的要求必须对算法进行改进以达到要求值。3.2 研究方法和步骤1查阅相关文献和著作了解傅里叶级数对于改善谐波的研究意义。2在查阅相关文献之后在matlab软件中对谐波模型进行建模与仿真。3根据仿真结果对电力谐波进行特质参数进行分析。4分析后得到基于连续信号傅里叶级数的各次谐波系数的计算公式。5在matlab中进行FFT的仿真计算得到各次谐波参数进行分析比较给出有效的抑制措施。6仿真的每部分都要经过反复审查、修改及论证。结果以达到各方面充分完善能够实现论文要求目的。论文框架如下1.绪论1.1课题背景1.2谐波的产生1.3研究谐波的意义2.谐波的限制标准和措施2.1我国的谐波标准和规定2.1.1谐波电压标准2.1.2谐波电压的限制.2.2谐波的限制措施3.谐波的检测与分析3.1谐波检测的基本要求3.2国内外电力谐波检测与分析方法研究现状3.3谐波的分析3.3.1电力系统电压的傅里叶分析3.3.2基于连续信号傅里叶级数的谐波分析3.4电力谐波基于FFT的仿真4.快速傅里叶变换的简要和计算方法4.1快速傅里叶变换的简要4.2快速傅里叶变换的计算方法4.3FFT应用举例5.结论参考文献致谢4.参考文献[1] 郑俊观,王硕禾.基于MATLAB中FFT函数在电力谐波分析中的应用[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2018,17(01):87-93.[2] 卢惠辉.电力系统中谐波生成与检测研究[D].广东工业大学,2015.[3] 周佳,危韧勇,陈超,侯铮.基于遗传算法改进神经网络的电力谐波检测算法[J].科协论坛(下半月),2010(06):83-84.[4] 童晋.融合FFT与小波的电力谐波检测技术的探讨[J].池州学院学报,2014,28(06):44-47.DOI:10.13420/j.cnki.jczu.2014.06.012.[5] 沈书林,宋松明,王纪超等.浅析石油工程电力系统谐波的危害与抑制[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(18):106-107.[6] 马晓春,刘旭东.一种电力谐波分析新算法[J].中国电机工程学报,2013,33(S1):184-189.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2013.s1.029.[7] 任先平,陈亮明.基于快速傅立叶变换的电力谐波分析[J].机电工程技术,2013,42(07):70-72.[8] 吴超凡,陈隆道.应用于电力谐波分析的改进相位差校正法[J].电工技术学报,2017,32(07):158-164.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.2017.07.018…[9] 卢洪瑞.基于多重信号分类的电力系统谐波间谐波检测方法研究[D].江苏科技大学,2017.[10] 刘佳,李贺龙,于海波.电力谐波计量标准研究[J].中国质量与标准导报,2020(05):36-3741.[11] 魏超峰.电力谐波对低压配电网损耗影响的量化分析研究[D].郑州大学,2018.[12] 刘畅,刘军,宋安君.电力谐波对电能计量误差的影响[J].农村电气化,2019(12):22-24.DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2019.12.007.[13] 闫海军.通信线路中电力谐波干扰及防护分析[J].中国新通信,2018,20(23):14.[14] Yuqing Zhou. 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