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《基于傅立葉變換和小波變換的虛擬諧波分析儀研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、20甘肅電力技術(shù)基于傅立葉變換和小波變換的虛擬諧波分析儀研究拜潤卿鄭偉(甘肅電力科學(xué)研究院甘肅省蘭州市730050)【摘要】諧波是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，進(jìn)行諧波分析，從而確定諧波來源、減少諧波危害是一項(xiàng)重要工作。本文設(shè)計(jì)一種基于虛擬儀器的諧波分析儀，利用傅立葉變換分析問題諧波，并利用小波變換在時(shí)域和頻域都具有局部性的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于分析非穩(wěn)態(tài)諧波。仿真結(jié)果表明，此虛擬諧波分析儀能夠較好分析穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)諧波，得出頻率、幅值等諧波特征量?！娟P(guān)鍵詞】小波變換諧波分析虛擬儀器1前言率好的優(yōu)點(diǎn)，分析得出基波頻率、THD值和頻譜圖等信息。同時(shí)，以小波變換為工具分析非穩(wěn)態(tài)諧波，電網(wǎng)諧波是影響電能質(zhì)量的一個(gè)重要
2、問題。出得出各次諧波出現(xiàn)時(shí)間及幅值信息。于諧波危害的嚴(yán)重性和普遍性，人們希望能夠檢測2原理到諧波的時(shí)域和頻域特征，從而達(dá)到抑制或消除諧波的目的。2．1傅立葉變換傅里葉變換是對信號進(jìn)行頻域分析的一種有力對于滿足狄里赫利條件的周期函數(shù)f(t)，t∈R的數(shù)學(xué)工具。傅立葉變換用于穩(wěn)態(tài)諧波分析時(shí)，能(其周期為T)來說，其傅里葉級數(shù)的表達(dá)式如下：夠得到滿足精度要求的信號頻譜及幅值、相位等信／(f)∑acos(2znrot)+bsin(2；gnrot)息。但傅立葉變換只具有頻域局部性，在時(shí)域完全H=0沒有局部性，因此時(shí)間信息得不到充分利用，任何式中：信號突變，其頻譜都會散布整個(gè)頻帶。小波變換是一函數(shù)分解后基
3、本的角頻率；對時(shí)域局部性和頻域局部性的折衷，通過小波變換n一傅里葉級數(shù)的次數(shù)。可將各次諧波分解到不同頻率范圍的頻帶上，并在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用FFT算法并通過加窗函數(shù)各頻帶上顯示各次諧波的時(shí)域波形，能夠充分利用減少頻譜泄漏，以進(jìn)一步提高頻率測量精度。對穩(wěn)信號的時(shí)域信息。態(tài)諧波分析來說，快速傅里葉變換FFT無疑是分析諧諧波監(jiān)測分析所涉及到的參數(shù)較多，如各次諧波特征量的最好算法之一，它可以直接得到信號頻波含量、總畸變率、基波無功功率等。單純使用硬譜。件測量，將涉及多種儀器，導(dǎo)致測試設(shè)備繁多、使2．2小波變換用率低并產(chǎn)生較高的成本。虛擬儀器是一種在計(jì)算小波變換(wavelettransform)是2
4、0世紀(jì)現(xiàn)機(jī)為核心的硬件平臺上，由測試軟件實(shí)現(xiàn)測試功能代分析學(xué)的一大分支，主要研究在特定的函數(shù)空間，的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，具有便于開發(fā)、整合程度高、用某種方法構(gòu)造一種稱為小波的基函數(shù)(小波基)，便于數(shù)據(jù)共享等諸多優(yōu)點(diǎn)。鑒于諧波檢測分析的特對給定的信號(函數(shù))進(jìn)行展開與逼近，根據(jù)展開式點(diǎn)，若能結(jié)合虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一種虛擬諧波檢測研究信號的某些特性。小波變換具有對變化信號的儀，將是很有意義的工作。本文擬搭建一種基于自適應(yīng)性，被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡。其分解和重構(gòu)算法Labview的虛擬諧波分析儀，發(fā)揮FFT變換頻域分辨具體如下：基于傅立葉變換和小波變換的虛擬諧波分析儀研究2l設(shè)待處理信號為f，在空間V中有其逼近
5、，而aa∈[0，125]Hz，d3E[125，250JHz。DbN系列小波是應(yīng)用最為廣泛的小波函數(shù)之一，f)是V的尺度函數(shù)基，那么信號f可表示為：具有緊支集性、正交性和連續(xù)性(N=I時(shí)的Haar小波f：∑(，，妒，又因?yàn)閂』=W川。，-1，即除外)。當(dāng)N較大，即小波濾波器系數(shù)較多時(shí)，Db小波也有很好光滑性，能夠使濾波效果明顯提高(本上：u¨，：為V的級聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)正交基，從文即采用Db系列小波函數(shù)實(shí)現(xiàn)小波分解)。川．3虛擬諧波分析儀設(shè)計(jì)而f又可進(jìn)一步表示。為表示分解公式方便，這里令a-2(i-on(‘¨b=2(‘)，為粗略3．1總體設(shè)計(jì)方案，目前已有的電力諧波監(jiān)測系統(tǒng)大多采用基于快系數(shù)，b為精細(xì)系數(shù)
6、。根據(jù)這兩個(gè)系數(shù)，分解公式速傅立葉變換的檢測方法。由于FFT方法自身的缺可表示為：陷，這類電力諧波監(jiān)測系統(tǒng)的不能確定諧波注入時(shí)／=2∑?間，不能用于含非穩(wěn)態(tài)諧波的電力諧波檢測。根據(jù)，卜l_2∑(一1)‘P。一川口諧波檢測的實(shí)際需求，本文涉及的虛擬諧波檢測儀重構(gòu)公式為分解公式的逆：主要實(shí)現(xiàn)以下功能：n=∑Pk-2ta／+∑：(一1)P—l-k—+2lb／1)通過基于FFT的諧波分析模塊，以圖形方上述分解公式可概括為：用基(jk)e：觀式得出輸入信號的頻譜圖。同時(shí)以數(shù)據(jù)方式檢測出察信號的整體，用基{．1．k)uf-1．k)e觀察各次諧波頻率、各次諧波幅值以及總諧波含量。信號的平滑和振蕩部分。3層小
7、波分解樹狀圖如2)對于非穩(wěn)態(tài)諧波，通過小波包變換將各次圖1。諧波分解到具有一定頻寬的各頻帶中，從而得出各次諧波時(shí)域波形。3)通過虛擬儀器前面板直觀顯示上述信號處理結(jié)果并保存所獲得的數(shù)據(jù)，為分析諧波的長期趨勢進(jìn)打下基礎(chǔ)。d33．2硬件組成圖1虛擬諧波分析儀的硬件由前置濾波器、數(shù)據(jù)采集卡和PC計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)的原理圖如圖2。若設(shè)定采樣頻率為2kHz，a∈[O，500]Hz，d-∈[500，1000]H
