基于Matlab的加窗FFT电力系统谐波分析Word文件下载.docx

基于Matlab的加窗FFT电力系统谐波分析Word文件下载.docx

《基于Matlab的加窗FFT电力系统谐波分析Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于Matlab的加窗FFT电力系统谐波分析Word文件下载.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二О**年五月二十九日

目录

摘要：

1

1绪论错误!

未定义书签。

1.1课题背景、研究意义错误!

1.2谐波的危害与来源错误!

1.2.1谐波来源错误!

1.2.2电力系统谐波的危害3

1.3谐波检测错误!

1.4谐波的标准与指标错误!

1.5国内外关于谐波的研究现状5

2谐波分析测量错误!

2.1傅里叶级数与系数错误!

2.2傅里叶级数的复指数形式错误!

2.3谐波相量的卷积9

2.4傅里叶变换错误!

2.5快速傅里叶算法错误!

2.6傅里叶变换基本思想错误!

2.7几种傅里叶变换的介绍14

2.7.1基-2FFT错误!

4

2.7.2实值FFT错误!

2.7.3局部FFT错误!

3基于FFT谐波法研究检测方法错误!

3.1FFT算法存在的问题错误!

3.1.1奈奎斯特频率和混叠错误!

3.1.2栅栏效应19

3.1.3频谱泄露错误!

3.2算法的优化错误!

3.2.1窗函数错误!

3.2.2窗函数的选择错误!

3.3FFT问题的优化错误!

4仿真实验与分析错误!

4.1仿真的理论依据错误!

4.2仿真实验与分析错误!

5

参考文献错误!

8

致谢280

附录错误!

（山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018）

随着电力系统中非线性电力元件的增多，电网中谐波分量大大增加，谐波污染的情况也日益严重，对电力系统的安全经济运行造成了极大的影响。

谐波测量是谐波问题研究的主要依据，实时测量电网中的谐波含量，确切掌握电网中谐波的实际情况，对于防止谐波危害，维护电网的安全运行是十分必要的。

对于谐波的分析，常用的分析方法有快速傅里叶变换（FFT），沃尔什变换（Walsh）,哈里特变换（Harley）和小波变换（Wavelets）等。

快速傅里叶变换方法因为具有实现简单，精确度较好，功能较为丰富等优点，所以被用来作为常用的谐波检测方法，但是由于谐波分析时同步采样的难度较大，造成采样频谱泄露、栅栏效应，频率混叠等问题，使得算出的谐波精度不高。

针对快速傅里叶变换测量谐波精度不足的缺点，通常采用加窗值FFT和全相位FFT等方式进行FFT的优化。

本文的重点工作是：

分析FFT算法存在的缺陷以及针对这些缺陷进行的改进，分析了多种窗函数的特性，并根据多种穿函数的优缺点，适当的将多个窗函数组合起来，达到更高的精度，仿真的结果表明，这种方法是切实可行的，能够达到足够的精度要求。

关键词：

电力系统，谐波，FFT，窗函数，加窗。

HarmonicanalysisofpowersystembasedonMatlabforFFTpowersystem

ChuansenSun

（Mechanical&

ElectricalEngineeringCollegeofShandongAgriculturalUniversity,Tai’an,Shandong271018）

Abstract：

Withtheincreaseofpowersystemnonlinearelectricelements,harmoniccomponentisgreatlyincreased,harmonicpollutionisbecomingmoreandmoreserious,thesafeandeconomicoperationofpowersystemcausedagreatimpact.Harmonicmeasurementisamainbasisinthestudyofharmonicproblems,real-timemeasurementinpowergridharmoniccontent,theexactgrasptheactualconditionsofpowernetworkharmonic,topreventtheharmofharmonics,maintenanceandthesafetyoperationofthepowergridisverynecessary.Fortheharmonicanalysis,thecommonmethodsofanalysisarefastFouriertransform（FFT）,Walshtransform（Walsh）,Harriettransform（Harley）andwavelettransform（Wavelets）,etc.FastFouriertransformmethodforitsrealizationissimple,goodaccuracyandmorefeaturerichandadvantages,itisusedforasacommonlyusedharmonicdetectionmethods,butduetotheharmonicanalysisofsynchronoussamplingdifficultyisgreater,causesamplingfrequencyspectrumleakageandpicketfenceeffect,frequencymixedstackandotherissues,makingthecalculatedharmonicprecisionisnothigh.InviewoftheshortcomingsofthefastFouriertransformformeasuringharmonicaccuracy,theoptimizationofFFTbyaddingwindowvalueFFTandfullphaseFFTisusuallyused.Thefocusofthispaperis:

analysisofFFTalgorithminthepresenceofdefectsandimprovementforthesedefects,analysisthecharacteristicsofvariouswindowfunctions,andaccordingtotheadvantagesanddisadvantagesofwearingavarietyoffunctions,appropriatethemultiplewindowfunctioncombination,achievehigheraccuracy.Simulationresultsshowthat,thismethodisfeasibleandcanmeettherequirementofsufficientaccuracy.

Keywords:

powersystem,harmonics,FFT,Windowfunction,pluswindow

1绪论

1.1课题背景、研究意义

通过示波器，我们可以观测到一个电气信号的、波形，每个时刻的电气信号的幅值。

如果把该电气信号加到一个高保真的放大器上面，可以听到一个各种频率的混合音调，所以，电气信号既可以用时域，同样也可以用频域的数据来表示。

现代社会，经济的发展离不开能源的供应，大量的电能需求是当今社会的现状。

随着越来越多的非线性元件在电力系统中的投入使用，电能质量不可避免的受到影响，大量谐波的存在使得电能质量不能够满足一些用户的需求，对电力系统的安全经济稳定运行带来的是潜在的威胁，同时对电力电子技术的发展同样有着不利的影响。

所以，谐波检测作为我们对谐波问题研究的出发点，成为我们重要的研究课题。

1.2谐波的危害与来源

1.2.1谐波来源

电力系统谐波的定义为电源所产生的频率（或者成为基波频率）的整数倍频率的正弦电压和正弦电流，谐波构成了电源电压和负荷电流的波形的主要畸变成分。

谐波产生的机理可以这么来进行简单的阐释：

发电部分通常在频率为50Hz或者60Hz的稳定频率下发电，发电机产生的电压的波形在实际生产中可以认为是正弦的。

但是当若干个非线性电力元件负荷加入电力系统时，产生的电流并非完全是正弦形的，因为系统阻抗的存在，会造成一个非正弦的电压降，由此，在负载侧所产生的电压畸变，也就是我们所说的电压中含有谐波。

电力系统谐波的来源有三个部分:

因为发电系统的质量不高而产生含有谐波的电压源；

在供配电部分中产生的谐波；

在负荷端产生的谐波。

对于发电部分的谐波，由于发电机的制作过程中一些发电绕组，铁芯的制作存在些误差，会产生一些谐波，但是当我们对发电机的结构和接线方式做一些处理后，发电端的电压波形基本可以认为是标准的正弦电压波形。

供配电部分产生谐波的主要原因是由于变压器的存在，变压器的绕组、铁芯的设计选择，工作磁密的选择，使得磁化电流含有高次谐波。

谐波的主要来源是负荷端的各种非线性元件，主要分为以下几种：

电弧加热设备，如电弧炉、电焊机等。

开关电源设备，如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。

交流整流的直流用电设备，如电镀、电解设备、电动机车等。

交流整流再逆变用电设备，如变频空调，变频调速机等。

1.2.2电力系统谐波的危害

电力系统谐波的危害主要体现在以下方面：

（1）谐波的存在使得电网中的一些组件产生了附加的损耗，影响了发输变电以及用电的效率，大量的奇次谐波的存在使得流过中性线时线路发热甚至引起火灾。

（2）大量谐波的存在会使得各种用电设备的正常工作受到影响。

对于发电机，因为谐波的存在，引起附加损耗外，还会引起机械振动，过电压等危害，降低发电机的使用寿命.对于电力变压器、电容器、电缆也有着过热，绝缘老化，从而影响设备的使用寿命。

（3）电力系统谐波的存在还会造成部分电网谐振，从而加大谐波污染对电力系统的危害。

（4）谐波会造成电力系统二次侧误动，使得二次侧的设备不能准确的测得系统的运行情况。

（5）电力系统谐波会干扰附近通信系统的正常工作。

轻则影响人们日常通话活动，降低通话质量。

重则导致通信系统的崩溃，使得通信系统无法正常工作。

1.3谐波检测

谐波检测是对谐波问题进行分析、研究的基础。

只有准确的对谐波进行检测，才能更好的应对谐波污染的问题。

谐波检测的主要作用是：

（1）对电力系统中谐波进行检测，判断系统中的谐波水平是否符合关于谐波水平的规定。

（2）确保电气设备投入后能够正常运行。

（3）当系统由于谐波的影响不正常运行时及时检测的系统异常的原因，减少因为谐波造