基于解析模式分解频谱校正的闪变参数检测方法及其应用研究

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上传日期: 2019-12-05

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标签:硬件电路(91)FFT(231)arm(4481)

  电压波动与闪变是严重影响电网继电保护装置和用电设备正常、高效运行的电能质量问题之一。近年来兴起的风力发电、光伏发电、生物质能等具有间歇性和复杂性的新能源并网发电对电网造成波动性影响,导致电压波动与闪变问题趋于严重,成为新的闪变源。电压波动与闪变的准确检测与分析,可以为电压闪变的治理提供科学依据。首先阐述本文研究背景和意义,介绍电压闪变国内外标准,分析国内外闪变检测方法研究现状,简述国内外闪变仪的发展现状。针对现有闪变包络检测方法难以快速、准确的提取出闪变包络信号的不足,在深入研究电压闪变调幅波数学模型基础上,提出基于解析模式分解提取闪变包络的方法。为获取解析模式分解提取电压闪变包络所需的电网基波电压同步信号,详细推导多点采样法获取电网基波电压同步信号的过程,利用多点法得到的电网电压同步信号对闪变信号同步检波,将调幅波闪变信号转换为闪变包络信号和频率范围为65Hz~135Hz的高频分量的线性组合,再通过解析模式分解滤除频率范围为65Hz~135Hz的高频分量,并对高频分量滤除过程进行详细推导,最后分别采用含有单一频率和多个不同频率波动分量的闪变信号进行包络提取算法仿真实验与分析。遵循IEC推荐的电压闪变检测原理,展开闪变检测流程并对其进行分析与简化,结合解析模式分解闪变包络提取方法,在对六项余弦窗良好旁瓣特性分析的基础上,提出并建立解析模式分解六项余弦窗四谱线插值改进FFT谱分析的电压闪变参数估计与闪变值计算方法。通过对闪变信号中含单一频率波动分量、闪变信号中同时存在多个频率的波动分量、电网电压频率波动、闪变信号中含有谐波、闪变信号中含有间谐波、闪变信号中存在噪声这六种情况进行算法的仿真研究,结果表明该方法对含单一频率波动分量的闪变信号和多个频率波动分量的闪变信号都可实现闪变参数高精度估计与闪变值的准确计算,并可在电网电压频率波动、闪变信号中含有谐波、闪变信号含有间谐波、闪变信号含有噪声的情况下完成闪变检测。分别将本文提出的闪变检测方法和IEC推荐的方法及基于能量算子FFT的闪变检测方法进行了闪变值计算的仿真实验,结果表明本文提出的方法相比于IEC推荐的方法和基于能量算子FFT的方法具有更高的检测精度。针对电压闪变参数检测仪管理平台的研制,本文以高性能ARM处理器MK66FN2MOVLQ18为核心完成电压闪变检测仪管理单元硬件电路设计,详细介绍管理单元最小系统、电源模块以太网接口模块、存储接口模块、人机交互模块的硬件电路设计。为更好实现管理功能,本文设计的电压闪变参数检测仪管理单元植入嵌入式实时操作系统MQX,给出管理单元闪变参数管理任务和主流程设计、基于本文方法的闪变值计算,以及人机交互模块与界面设计等各部分的软件设计。最后总结本文的研究工作与创新成果,指出下阶段应展开的研究工作。

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