模态分解法与CPT在谐波间谐波检测中的研究

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随着智能电网的快速发展,越来越多的新能源发电装置和非线性负载接入到电网中,致使电力系统中电能质量的问题日益突出,谐波间谐波污染是其中的一个重要问题。因此,快速、准确地检测出电网中的谐波间谐波是谐波治理的重要前提。本文从谐波间谐波的检测精度和实时性测量两个角度同时考虑:1)检测精度方面,针对噪声问题分析研究了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的检测方法。后续发现VMD算法无法准确的检测出密集频率的谐波间谐波,针对密频问题又进一步研究了基于解析模态分解(Analytical Mode Decomposition,AMD)的检测方法;2)实时性测量方面,重点研究了基于改进保守功率理论(Conservative Power Theory,CPT)的谐波间谐波电流检测方法。首先,针对低信噪比信号中的谐波间谐波检测问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)与Teager能量算子相结合的检测方法。先利用相关系数法对VMD算法进行优化,接着使用VMD算法对信号进行分解,再采用Teager能量算子对分解后的连续、间歇谐波固有模态函数分量进行解调分析研究。仿真研究结果表明在信噪比较低的情况下,所提方法能够将连续、间歇谐波信号进行有效的分离,同时具有较高的检测精度和较好的噪声鲁棒性。其次,由于VMD无法准确地分解出信号中的密集频率谐波间谐波,因此针对密集频率问题,又进一步提出了一种全相位快速傅里叶变换(all-phase Fast Fourier Transform,ap FFT)与解析模态分解(AMD)相结合的检测方法。对含密频成分的信号,使用ap FFT的相位谱平坦特性进行密频的识别,并利用量子粒子群对其进行优化得到最佳二分频率。根据所得二分频率,采用AMD对谐波信号进行实验分析。实验分析结果表明所提方法对密频信号检测的有效性和准确性。最后,针对谐波间谐波电流检测的实时测量问题,提出将CPT应用于谐波间谐波电流的测量中。分析研究了CPT的基本原理,搭建了仿真模型,基于此模型分析比较了ip-iq法与CPT在电网电压不含谐波情况下的检测精度及动态特性,并对CPT进行了DSP的实验验证。根据CPT检测原理可知,CPT在检测谐波电流的过程受电压畸变的影响,因此采用电压基波正序的提取环节来改进CPT,仿真结果表明改进后的方法在电压畸变时仍具有较高的检测精度。
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