【正文】 。 何怡剛. 基于自適應短時傅立葉變換的電頻率跟蹤測量算法[J]. 電子測量與儀器學報，2006 20(02): 1015.]應用STFT估計電氣信號頻率，通過自適應選擇窗函數(shù)和調(diào)整窗寬，提高了測頻范圍、精度和實時性；文獻[[]郭輝。短時傅里葉變換在一定程度上克服了標準傅里葉變換不具有局部分析能力的缺陷。 時頻分析方法頻域分析方法將信號的時域特征和頻域特征聯(lián)系起來，分別從信號的時域和頻域觀察，但卻不能把二者有機地結(jié)合起來。文獻[[] 王志群，朱守真，周雙喜. 基于Pisarenko諧波分解的間諧波估算方法[J]. 電網(wǎng)技術, 2004, 28(15): 7277, 82.]應用Pisarenko諧波分解（Pisarenko Harmonic Deposition, PHD）原理來計算諧波和間諧波的頻率和幅值。現(xiàn)代譜分析方法大致可分為參數(shù)模型法和非參數(shù)模型法兩大類[[] Kay S. M. Modern Spectral Estimation. PrenticeHall, 1988[] 王宏禹. 隨機信號處理. 科學出版社. 1988 [] 陳兆國. 時間序列及其譜分析. 科學出版社, 1986]。通過采用性能優(yōu)良的窗函數(shù)，可降低旁瓣的幅值，有效抑制頻譜泄漏；應用插值算法可消除柵欄效應對測量的影響，從而精確地測量電氣信號參數(shù)。此外，dq變換在頻率、相量估計中也得到應用。dq變換又稱為Park變換，屬于轉(zhuǎn)子坐標系轉(zhuǎn)換，它將電量從靜止的abc三相坐標變換到以同步角頻率旋轉(zhuǎn)的dq兩相坐標，對于交變的工頻信號，變換后的結(jié)果為兩正交的直流分量?？梢允侨我粯O性的單方向脈沖，或發(fā)生在任一極性阻尼振蕩的第一尖峰。 （當代）暫態(tài)電能質(zhì)量問題(1) 電壓暫降電壓暫降（Voltage Sag）是指由于系統(tǒng)故障或干擾造成供電電壓均方根值在短時間突然下降至額定值的10%～90％的事件，～30周波。 現(xiàn)代（穩(wěn)態(tài)）電能質(zhì)量問題(1) 諧波諧波（Harmonic）是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。我國GB/T 12325 2003規(guī)定了允許限值：(1)35kV及以上為正負偏差絕對值之和不超過10%；(2)10kV及以下三相供電為177。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題源于連續(xù)出現(xiàn)的電力擾動（主要為負荷功率變化），持續(xù)時間較長，期間電壓、電流變化較慢。目前，國際上廣泛采用的電能質(zhì)量標準主要是國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）IEC 61000系列標準和國際電氣與電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）IEEE 115921995標準。用電設備汲取電能應當保證最大傳輸效率，即功率因數(shù)（Power Factor）等于1，各用電負荷之間互不干擾。長期以來，人們不斷致力研究更精確、更快速的電能質(zhì)量指標參數(shù)測量方法。任何電能質(zhì)量問題都可能導致產(chǎn)品質(zhì)量的下降，甚至工程作業(yè)的停頓，給電力用戶造成不同程度的損失。 Parameter Evaluation。通過構造新的變換矩陣，減小了傳統(tǒng)方法構造虛擬三相系統(tǒng)的延時，可對單相電壓暫降幅值、持續(xù)時間和相位跳變等特征參數(shù)進行近乎瞬時的估計。本文推導了間諧波和調(diào)幅波對于閃變的等價關系，在此基礎上，將間諧波檢測和閃變檢測結(jié)合起來，根據(jù)國家標準和IEC標準的閃變檢測技術規(guī)范，提出了一種基于間諧波估計的閃變參數(shù)檢測新算法。由于電力信號的復雜性和電能質(zhì)量內(nèi)涵的擴展性，以及不斷提高的測量精度、廣度與測量速度的要求，電能質(zhì)量指標參數(shù)測量技術有待進一步發(fā)展和提高。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人授權湖南大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。算法采用固定的采樣周期，采樣頻率不需隨信號頻率的變化而調(diào)整，實現(xiàn)簡單；算法不需要迭代運算，可一次得到參數(shù)估計值，計算量小，響應時間快；通過采用矩形自卷積窗，并自適應地確定與信號頻率相適應的時間窗寬度，有效抑制了頻譜泄漏對基波參數(shù)測量的影響，測量精度高。該方法具有實現(xiàn)簡單，計算量小，對采樣頻率要求低，實時性好等特點，可對電壓暫降、暫升、短時中斷、短時高頻振蕩、陷波等常見暫態(tài)電力擾動進行有效檢測。針對三相不平衡電壓暫降，通過正序dq變換和負序dq變換，經(jīng)由形態(tài)低通濾波得到三相電壓的基波正序、負序分量，采用改進的單相電壓暫降檢測算法得到零序分量，進而得到各相電壓暫降的特征參數(shù)。 Algorithm目 錄學位論文原創(chuàng)性聲明學位論文版權使用授權書 I摘 要 IIAbstract IV第1章 緒 論 1 課題研究的背景和意義 1 電能質(zhì)量及其主要指標參數(shù) 2 電能質(zhì)量概述 2 電能質(zhì)量標準 2 電能質(zhì)量分類及主要指標參數(shù) 3 電能質(zhì)量參數(shù)估計理論及算法 6 時域分析方法 6 頻域分析方法 7 時頻分析方法 8 其它分析方法 12 本文的研究內(nèi)容 13第2章 傳統(tǒng)電能質(zhì)量相關參數(shù)的估計算法 16 引言 16 基于STFT的工頻參數(shù)估計算法 16 短時傅里葉變換 16 算法原理 17 窗函數(shù)選擇 19 窗寬的自適應優(yōu)化 22 基本電能質(zhì)量參數(shù)測量的實現(xiàn)及仿真 23 算法實現(xiàn)步驟 23 電壓偏差估計 23 頻率偏差估計 27 三相不平衡度 30 相角差及功率因數(shù) 31 小結(jié) 32第3章 諧波、間諧波及閃變的檢測算法 34 引言 34 諧波檢測 35 諧波實時檢測方法 35 低通濾波器的選擇 36 算法仿真分析 37 間諧波的檢測算法 40 算法原理及實現(xiàn) 40 算法仿真分析 41 閃變的檢測 42 電壓波動與閃變 42 IEC閃變測量方法 43 間諧波與電壓波動、閃變的關系 45 間諧波與電壓波動調(diào)幅波對于閃變的等值關系 46 基于間諧波的閃變參數(shù)估計 47 算法仿真分析 50 小結(jié) 52第4章 基于圖像邊緣處理的暫態(tài)電能質(zhì)量擾動檢測 53 引言 53 數(shù)學形態(tài)學及形態(tài)濾波器 54 數(shù)學形態(tài)學基本運算 54 形態(tài)濾波器 56 基于圖像邊緣檢測方法的電能質(zhì)量擾動檢測 56 基于數(shù)學形態(tài)學的圖像邊緣檢測 56 電力擾動檢測 57 方法性能分析 59 擾動檢測方法的改進 63 TopHat變換及抑制背景梯度的機理 63 信號去噪的形態(tài)濾波器設計 64 改進方法的實現(xiàn) 65 改進方法性能分析 65 基于順序形態(tài)變換的電壓擾動檢測 68 順序形態(tài)運算 68 順序形態(tài)邊緣檢測算子及擾動檢測 69 性能分析 70 小結(jié) 71第5章 電壓暫降特征參數(shù)的檢測 73 引 言 73 基于dq變換的電壓暫降檢測原理 74 單相電壓暫降的改進檢測方法 75 方法原理 76 方法的性能分析 77 “異動”處理及低通濾波 79 仿真及分析 79 三相電壓暫降的改進檢測方法 84 三相不平衡電壓暫降參數(shù)的檢測 84 相電壓基波分量的計算 87 仿真及分析 88 小結(jié) 91結(jié) 論 93參考文獻 95致 謝....…….……………………......………………………….……………………..107附錄A 攻讀學位期間發(fā)表的主要學術論文目錄....………………..……………...108第1章 緒 論 課題研究的背景和意義電能的生產(chǎn)和應用是人類歷史上最偉大的科學技術成就之一。只有快速、準確地檢測出電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量問題，并對它進行有效的分析，確定問題的類型、范圍和產(chǎn)生原因，才能對其進行有效的控制和治理。數(shù)字方式實現(xiàn)相對簡單，測量精度也相對精確，已成為電能質(zhì)量參數(shù)測量的主流。電能質(zhì)量是一個抽象的概念，內(nèi)涵豐富，外延廣闊。IEEE 1159工作組從1995年開始研究電能質(zhì)量，目前制定的電能質(zhì)量標準有： IEEE 1159《電能質(zhì)量監(jiān)測的推薦標準》[[] IEEE Std 115921995. IEEE Remended Practice for Monitoring Electric Power Quality [S]. 1995.]、IEEE 1159. 1《各種類型電能質(zhì)量擾動事件的基本監(jiān)測要求》、IEEE1159. 2《各種類型電能質(zhì)量擾動事件的特性分析》、IEEE 《電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式》[[] IEEE Std 1159. 322003. IEEE Remended Practice for the Transfer of Power Quality Data [S]. 2003.]。20世紀70年代至本世紀初，電力系統(tǒng)中直流輸電（DC Transmission）和柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission Systems, FACTS）不斷投入實際工程，同時非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應用，沖擊性、波動性負荷（例如電弧爐、大型軋鋼機、電力機車等）大量增加，電力系統(tǒng)中諧波、間諧波，以及電壓波動與閃變現(xiàn)象日益嚴重，成為電能質(zhì)量領域研究的主要內(nèi)容。(2) 頻率偏差電力系統(tǒng)在正常運行條件下，系統(tǒng)頻率的實際值與標稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差（Frequency Deviation）。間諧波主要由靜止變頻器、感應電動機和電弧設備等產(chǎn)生。(2) 電壓中斷電壓均方根值降低到接近于零（IEC定義“接近于零”為“低于額定電壓的1%”，IEEE的定義為“低于額定電壓的10%”）時，稱為電壓中斷（Voltage Interruption）。 電能質(zhì)量參數(shù)估計理論及算法目前已有許多針對上述電能質(zhì)量參數(shù)的估計理論和方法。在αβ變換、dq變換的基礎上，1983年日本學者赤木泰文（H. Akagi）等提出瞬時無功功率理論（Instantaneous Reactive Power Theory）[[] Akagi H , Kanazawa Y, Nabae A. Instantaneous reactive power pensators prising switching devices without energy storage pensators[J]. IEEE Trans on Industry Applications, 1984, 20(3): 625630.[] Akagi H ,Sato shi Ogasawara, Hyosung Kim. The theory of instantaneous power in threephase fourwire systems: a prehensive approach[J]. IEEE Trans on Industry Applications, 1999, 1: 431439.][[] Akagi H. Trends in Active Power Line Conditioners. IEEE Trans Power Election, 1994, 9(3): 263268.][[] Akagi H, Kanazawa Y, Nabae A. Generalized theory of the instantaneous reactive power in threephase circuits. IEEE amp。作為經(jīng)典的信號分析方法，傅里葉變換及其數(shù)字算法離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT）具有正交、完備等許多優(yōu)點，而且有快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）這樣的快速算法，因此，在電能質(zhì)量參數(shù)估計中得到了廣泛應用。此外，針對故障信號中的衰減直流分量，一些文獻[[] Sachdev M S, Baribeau M A. A new algorithm for digital impedance relay. IEEE Trans on PAS, 1978, 97(6):18451850 [] 楊念慈，姜惠蘭. 電力系統(tǒng)頻率偏移對傅里葉算法的影響. 天津大學學報. 1993，(5)：916 [] 周大敏. 遞推富氏算法中衰減非周期分量的消除方法. 繼電器，1998，26(5): 57, 11]提出了提取信號中基波分量（幅值恒定時）的DFT改進算法。特殊參數(shù)模型假定信號為一些指數(shù)信號的線性組合，又稱為指數(shù)模型，主要包括Prony法和擴充Prony法。文獻[[] 高培生，谷湘文，吳為麟．基于求根多重信號分類和遺傳算法的諧波間諧波頻譜估計. 電工技術學報，2008，23(6): 109113.]結(jié)合RootMUSIC算法和遺傳算法進行諧波、間諧波的頻譜估計，使用有限長度的數(shù)據(jù)可得到較好的估計效果，且具有一定抗噪能力。必須采取新的非平穩(wěn)信號分析方法，即時－頻分析（TimeFrequency Analysis）方法，也稱時－頻局部化（TimeFrequency Localization）方法。也就是說，短時傅里葉變換實質(zhì)上是具有單一分辨率的分析，因此它只適合于分析特征尺度大致相同的過程，不適合分析多尺度過程和突變過程（如暫態(tài)電能質(zhì)量現(xiàn)象）。 二次變換二次變換（Quadratic Transform，QT）是一種基于能量角度來考慮的時頻變換方法[[] Hlawatsch F, BoudreauxBartels G F. Linear and quadratic timefrequency signal representations. IEEE Signal Processing Magazine, 1992, 9(2): 2167.]，其基本思想是設計時間和頻率的聯(lián)合函數(shù)，用它同時描述信號在不同時間和頻率的能量密度或強度。小波變換在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時間分辨率，在高頻部分具有較高的時間分辨率和較低的頻率分