基于比值法和改进不完全S变换的谐波分析方法研究.pdf

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1、分类号密级基于比值法和改进不完全S变换的谐波分析方法研究研究生姓名：杨晓芳指导教师姓名、职称：易吉良副教授学科专业：电气工程研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学二〇一八年六月十日摘要高速铁路的快速发展，在给我们的生活带来极大的便利的同时，也成为影响电网安全运行的主要因素。交直交电力机车与交直型机车的混跑，导致宽频域谐波成为电网的主要电能质量问题。国际电工委员会标准IEC61000-4-7推荐采用FFT检测谐波，但因频谱泄露FFT在非同步采样时不能得到准确值，且无时频局部表征能力。本文采用比值校正法和改进不完全S变换两种方法研究非同步采样条件下的谐波参数估计方法。比值校

2、正法是在FFT加窗的基础上实现的，窗函数的主瓣中心是真实频率所在处，用比值法对主瓣中心的谱线校正得到校正频率，进而得到校正相位，再由窗函数的主瓣函数得出幅值估算公式。S变换由于直观的时频特性和强抗干扰性成为分析电能质量的热点工具。本文通过改进不完全S变换的核函数，使其计算高效且时频分辨率可调，实现非平稳谐波参数的实时精确估计。主要解决了不完全S变换核函数的三个关键问题：1）谐波频率点的确定：不完全S变换采用功率谱包络的动态测度方式检测谐波频率点，虽然能够定位谱峰，但计算比较复杂，当谐波频率相近且非同步采样时，容易漏检相邻的谐波频率点。本文提取基于S变换的TT变换的对角线元素，

3、并求其FFT实现频率点精确的检测；2）各谐波频率点的最优窗宽系数的确定：窗宽系数选择不当，会导致不完全S变换特征向量幅值要么不具平直性，要么过渡时间太长而不能实时跟踪信号波动。本文依据幅值直接测量性原则，兼顾幅值向量的平直性和动态效应，确定各谐波频率点的最优窗宽系数；3）不完全S变换幅值向量的端部效应的消除：在非同步采样条件下，不完全S变换模向量两端出现变形，称之为端部效应。本文采用端部重叠计算方式实现端部效应消除。最后根据改进不完全S变换线性相位性质，得到频率和相位估计表达式，实现对谐波参数的完整估计。通过仿真分析，比值校正法能准确估计平稳谐波参数，估计误差在0.1%以内。

4、基于改进不完全S变换的方法对平稳谐波和非平稳谐波参数估计都具有优良的检测性能，参数估计误差在0.1%以内。关键词：谐波，参数估计，比值法，改进不完全S变换IABSTRACTTherapiddevelopmentofhigh-speedrailwayshasbroughtgreatconveniencetoourlivesandithasalsobecomeamajorfactoraffectingthesafeoperationofthepowergrid.ThemixedoperationofAC-DCelectriclocomotivesandAC-DClocomotiv

5、escauseswide-frequencydomainharmonicstobecomethemainpowerqualityproblemofthepowergrid.TheInternationalElectrotechnicalCommissionstandardIEC61000-4-7recommendstheuseofFFTtodetectharmonics.However,duetospectralleakage,theFFTcannotobtainaccuratevaluesduringnon-simultaneoussampling,andthereisno

6、time-frequencylocalizationcapability.Inthispaper,weusetheratiocorrectionmethodandtheimprovedincompleteS-transformmethodtostudyharmonicparameterestimationmethodsundernon-simultaneoussamplingconditions.TheratiocorrectionmethodisimplementedonthebasisofFFTwindowing.Thecenterofthemainlobeofthewi

7、ndowfunctioniswherethetruefrequencyislocated.Thecorrectedfrequencyisobtainedbycorrectingthespectrumofthecenterofthemainlobebytheratiomethod,andthenthecorrectionphaseisobtained.Thenthewindowfunctionisused.Themainlobefunctiongivestheamplitudeestimationform