基于小波變換的諧波檢測法

1　引言

　　電網(wǎng)諧波污染是電力系統(tǒng)中的一大公害。以傅里葉級數(shù)理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)諧波分析方法和測量儀器都缺乏時間局部化特性，因此不能滿足突變的和時變的非平穩(wěn)諧波檢測與時頻分析的需要，1994年我國頒布的《電能質(zhì)量　公用電網(wǎng)諧波》國家標(biāo)準(zhǔn)也不適用于暫態(tài)現(xiàn)象和短時間諧波的情況。短時間諧波的檢測一直是一大難點(diǎn)。本文提出了基于小波變換的諧波分析新方法。文中首先論述了基于小波變換的諧波有效值及諧波畸變率的測量方法。然后提出并論述了基于差拍選頻和子帶濾波的諧波分析方法。最后提出一種新的同步檢測法，用于電壓閃變信號的檢測與諧波分析。

2　小波多分辨率信號分解及其實(shí)現(xiàn)方法

　　采用正交小波變換時，任意信號(x)t∈L2(R)可用多分辨率分解公式表示為[1]：

 

　　分解系數(shù)Cj(k)和dj(k)分別為離散平滑近似信號和離散細(xì)節(jié)信號，其遞推計(jì)算公式如下：

 

　　式中h0(k)和h1(k)分別為低通數(shù)字濾波器和高通數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)。取h1(k)=(-1)kh0(k)，它們構(gòu)成正交鏡像對稱濾波器組。Cj+1(k)和dj+1(k)分別是Cj(k)和h0(-k)和h1(-k)卷積后二抽取得到的信號序列，所以小波多分辨率信號分解可用多抽樣率子帶濾波器組來實(shí)現(xiàn)。

　　若x(t)是周期T的電壓信號，其有效值為[2]：

 

　　cJ(k)的均方根值可表示輸入信號x(t)中的低頻正弦分量(或基波)有效值，由CJ(k)可重構(gòu)低頻(或基波)信號，dj(k)的均方根值可表示尺度j子頻帶中的正弦分量有效值，由dj(k)可重構(gòu)該子頻帶中的高頻細(xì)節(jié)(或諧波)信號。

3　基于小波變換的電網(wǎng)諧波測量方法

　　3.1　諧波有效值及諧波畸變率的測量

　　基于小波變換的諧波有效值測量就是利用小波分解系數(shù)來測量諧波有效值。設(shè)諧波失真電壓信號為：

 

　　式中f1為基波頻率50Hz，A1為基波有效值；Am為第m次諧波有效值。信號序列s(n)經(jīng)小波多分辨率分解得分解系數(shù)CJ(k)和dj(k)，j=1，2，…，J。由CJ(k)測出基波有效值，由dj(k)測出尺度j子頻帶中諧波有效值。

　　仿真實(shí)驗(yàn)中取A1=1，A3=1/3，A5=1/5，抽樣頻率fs=12.8kHz，尺度j=1，2，…，6，采用Daub24小波，測得諧波失真信號的基波、諧波有效值如表1：

表1

諧波次數(shù)有效值（理論值）有效值（實(shí)測值）5~70.20000.206530.33330.3335基波1.00000.9977

　　3.2　基于差拍選頻和子帶濾波的諧波測量方法

　　該方法是通過相乘器和子帶濾波器來實(shí)現(xiàn)的。通過待測電壓信號s(t)與參考正弦信號p(t)相乘來實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，將待測信號中的基波、諧波分量逐個搬移到一個窄帶低通子帶濾波器通道中，從而逐個檢測出基波、諧波的幅值。設(shè)待測諧波失真信號模型與(5)式相同。若取參考正弦信號為：

p(t)=2cos(2πl(wèi)f1t)　l=1，

[1] [2] 

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