基于动态模态分解的间谐波闪变参数检测与闪变值计算方法研究

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随着电力电子、新能源技术快速发展,各种冲击性、非线性设备大量投入使用,导致电压波动与闪变现象日益频繁,闪变检测已经成为保证电能质量的重要环节。在已有的闪变测量研究中,普遍使用国际电工委员会(IEC )推荐的IEC61000-4-15作为依据,但该标准针对的是调幅波在白炽灯中引起的闪变效应。由于技术的发展,一方面,各种新型照明设备使用越来越广泛,白炽灯已经逐渐被淘汰;另一方面,除了周期性负荷闪变源,各种电力电子装置向电网注入大量间谐波,从而引起闪变。由于闪变机理和研究对象均在发生变化,因此对电网环境下间谐波引起的闪变进行准确检测与评估已经成为亟待解决的问题。
  本文首先阐述对间谐波闪变进行研究的重大背景与意义,对目前国内外间谐波引起的闪变效应与间谐波闪变检测方法的研究现状进行说明。
  结合间谐波造成闪变的原理,构建间谐波闪变的数学模型。分析当电压信号中含有间谐波时的波动频率与包络特征,并逐一分析含有单个间谐波、成对间谐波和多个间谐波三种不同情况下对有效值和峰值的影响。在间谐波会导致电压峰值和均方根值波动,从而引起的闪变的前提条件下,从信号调制理论的角度出发,推导由电压波动导致的间谐波参数和由间谐波导致的电压波动参数,通过定量关系的研究,揭示两者之间的关系。
  针对现有传统间谐波闪变参数评估方法难以精确检测相关参数的问题,提出一种基于动态模态分解的间谐波闪变参数检测方法。对离散间谐波闪变电压数据构造Hankel矩阵,通过研究特征分解和奇异分解对数据进行降维处理的原理,利用奇异值分解求取电压数据集子矩阵之间映射矩阵A的最优低维近似矩阵,对于奇异值个数K的选择问题,确定基于间谐波闪变信号频率成份的奇异值截断法。在得到最优低维近似矩阵后对其进行特征分解以求取不同的DMD模态,从而计算间谐波闪变信号中不同分量的幅值与频率,并给出参数检测的具体流程图。通过仿真实验表明该方法在含有单一间谐波闪变分量、多个间谐波闪变分量、密集间谐波闪变分量、基频偏移以及噪声污染情况下具有较好的检测精确;在与常用检测方法的对比实验中,体现了本文方法在准确度方面的优越性,为后文IEC闪变检测法的改进奠定了基础。
  通过介绍IEC闪变检测方法,分析其检测间谐波闪变时的局限性。针对非白炽灯对峰值波动敏感的特性,结合动态模态分解间谐波闪变参数检测算法,在IEC基础上提出改进的闪变检测方法,建立间谐波闪变值计算方法,并对不同类型非白炽灯对间谐波的敏感度问题进行初步研究。通过仿真实验表明与IEC闪变检测方法相比,本文方法可在不影响闪变仪检测调幅波引起的闪变效应的前提下,同时可以评估高频间谐波在非白炽灯中引起的闪变严重程度。
  最后根据提出的动态模态分解间谐波闪变参数检测与闪变值计算方法,搭建基于PXI+LabVIEW的间谐波闪变参数检测与闪变值计算系统,实现系统登录、数据采集、间谐波闪变参数检测、闪变值计算和报表打印等功能,并阐述不同功能模块的软件方案,通过在平台上进行实验分析,验证了本文方法的可行性。
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