低压配电网中谐波监测装置的设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

随着电力电子装置的广泛应用,谐波问题日趋严重,必须对电网及非线性用电设备的谐波进行在线监测和抑制。

从目前国内外生产谐波测量分析装置的厂家供的产品技术资料来看,大部分产品都是从谐波的测量和分析角度进行设计。

有的产品由数据采装置、可移式存储卡另配pc机谐波分析软件构成，这些产品虽然将测量、分析、显示、打印功能集成一体,但数据存储量偏小,显示和打印功能仅能满足一般谐波测量要求。

2. 课题关键问题和重难点

谐波的检测算法是关键问题及难点，apf 的谐波检测算法主要可以分为三类：1.基于傅立叶分解的算法，如：带滑动窗的 fft 算法；2.基于 akagi 瞬时无功理论的算法，如： ip 、 iq 及其各种改进算法。

3.基于时域分析的有功电流分离方法，如： fbd 法。

基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法原理简单、动态响应速度快 , 但其检测精度受滤波器的影响很大,同时只在时域进行变换,不利于频谱分析 。

3. 国内外研究现状（文献综述）

文献[1]指出电流、电压频率检测在并网控制过程中起着重要作用,大的检测误差会引起锁相、谐波补偿、无功补偿等控制算法的失败。基于此,以谐波分离为例,推导出多通道二阶广义积分器(second-order generalized integrator,sogi)并联运行情况下幅值衰减随频率检测误差的变化情况,详细介绍了频率检测误差给各次谐波分离带来的影响。设计了一种中低频高精度的电流信号频率检测装置,硬件包括控制器外围电路、采样电路、传感器电路、电压跟随器电路、电压偏置电路等,软件包括采样程序、频率检测程序、误差矫正等。仿真结果验证了频率误差理论分析的正确性,电流频率检测实验结果验证了该设计方案的可行性以及该装置的高精度特性。文献[2]设计了谐波检测装置，具有高性价比，处理速度快，分析精度高等优点;在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波;可应用于工业控制界的在线实时监测，可以实现监视人员不易接近的被测对象的谐波检测;具有比较好的应用前景。文献[3]指出了目前谐波检测有多种算法，最常用的为fft算法。应用fft算法得到准确结果的前提是同步采样。由于电网频率波动，目前技术很难从硬件上实现严格的同步采样，且实现起来硬件开销较高，这就限制了fft分析的准确度。针对这些，该文献采用加窗插值傅立叶方法在非同步采样的情况下实现电网谐波各参量的准确测量。硬件实现上选用ti公司的双核处理器omap5912平台，应用dsp核实现算法计算，应用arm核实现系统的控制与扩展。文献[4]指出e-fft算法与其他基于fft和卡林滤波器的跟踪算法不同,它可以在少量迭代步骤中同时跟踪整数和非整数(子)谐波之间的协变。还提供了说明该算法操作和模拟性能结果的数值实例。能够识别谐波分量并将其降至可接受水平是至关重要的。研究文献已经从一个数据集中识别出了两组频谱估计技术。最简单的一组方法使用离散傅里叶变换(dft)或快速傅里叶变换(fft)基于算法。文献[5]提到了基于小波变换理论的检测方法小波变换(wavelettransformation,wt)是针对ft在分析非稳态信号方面的局限性形成和发展起来的一种十分有效的时频分析工具。wt采用不同尺度的分析方法,能在信号的不同部位得到最佳的时域分辨率和频域分辨率,为非稳态信号的分析提供了一条新的途径。电网谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，对谐波采样离散后，可以利用小波变换对数字信号进行处理，从而实现对谐波的精确。小波变换是针对fft在分析非稳态信号方面的局限性形成和发展起来的一种十分有效的时频分析工具，它克服了fft的缺点，采用不同尺度的分析方法，能在信号的不同部位得到最佳的时域分辨率和频域分辨率，为非稳态信号的分析提供了一条新的途径，对于波动谐波和快速变化的谐波的检测有着很大的优越性。但小波函数在频域存在混频现象，频率分辨率低，小波分析计算量大，且从小波分析结果一般还不能直接得到谐波和间谐波的参数。文献[6]指出了快速傅利叶变换（fft）是信号处理中最为广泛使用的方法，但这种方法对测量信号的周期性要求很高。当信号的测量时间不等于信号周期的整数倍或信号含有非整数次谐波时，由传统fft算法得到的各次谐波的频率和真实的谐波频率之间有很大的误差；本文在传统 fft 理论的基础上，推导出3项和4项窗的加窗插值公式。结果表明：该方法使计算量大大减少，提高了计算速度和准确性。本文设计的 dstatcom 装置以单相全桥式逆变电路作主电路，采用离散滑模控制策略，并通过pi控制来调整电容电压，可正确地补偿系统所需的无功功率，控制效果良好，在谐波畸变率大致相等的情况下能极大地减小开关损耗。参考文献[1]韩雪龙,侯银银,顾能华,韩双霞.基于谐波分离的电流信号频率检测装置设计[j].电子技术应用,2019,45(06):80-83 88.doi:10.16157/j.issn.0258-7998.190138.[2]胡乃英,王德成.实时在线谐波检测装置的设计与实现[j].电子质量,2007(06):1-3.[3]李加升,戴瑜兴,柴世杰.基于omap平台的电力谐波检测装置的设计[j].电测与仪表,2008,45(12):20-24.

[4]h.c.lin,c.s.lee.enhancedfft-basedparametricalgorithmforsimultaneousmultipleharmonicsanalysis[j].ieeproceedings.generation,transmission,anddistribution,2001,148(3).

[5]李加升.电力系统谐波间谐波的在线检测[d].湖南大学,2009.

4. 研究方案

低压配电网中谐波检测装置的设计与实现检测系统融合了传统的电力传感测量技术，并与故障定位、无线通信、计算机系统集成等技术相结合，不仅可以自动检测线路的运行状况，还能够根据顺序事件记录、波形记录、故障录波进行故障判断和故障指示，协助运维人员，实现快速故障分析，快速定位故障出线，快速抢修和维护，减少停电时间；提高用户供电可靠性，提高配电系统的自动化水平，实现可靠、安全、高效的配电、用电。

1系统的组成及性能参数1.1监测系统的总体框图低压配电监测系统主要由传感器、数据采集处理单元、通信管理单元、显示终端几部分组成。

其中传感器产生模拟量信号；数据采集单元主要完成传感器信号的采集处理和短距离无线传输；通信管理单元主要完成短距离无线传输数据的整合1.2数据采集处理单元主要功能交流采集与报警：每周期32点的数据，采集三相电压、电流及温度数据，使用fft算法计算出有效值用于报警及故障信息的判断，采集通道使用通道系数校正。

5. 工作计划

第一周阅读外文文献，将其翻译成中文并上传系统；了解国内外相关研究成果、相关行业发展进程、当下所面对的问题，以及未来的发展趋势，完成开题报告初稿；第二周修改开题报告，完成开题报告终稿并上传至毕业设计论文系统；查找相关数据、资料，对电网中的谐波进行分析，完成绪论部分的编写；第三周查阅电能质量分析与控制等相关资料；第四周设计低压配电网中谐波检测装置模型第五周翻阅教材并查阅相关资料，完成计算；第六周进行方案设计，整定结果分析。

整理文档，按要求设置论文格式，仔细检查前几周的计算问题，修改错误部分，迎接中期检查；第七周阅读相关文献资料，学习低压配电网中谐波检测装置的设计；第八周对低压配电网中谐波检测装置的设计进行改进，找出最优方案；第九周完成论文初稿，与导师探讨在研究过程中出现的问题，解决疑难点；第十周完善论，彻底解决撰论文中不正确的、疑惑的问题，准备查重；第十一周将所有研究、学习资料整理，交由评阅教师评阅；准备答辩。