论文总字数：27224字

目 录

1 绪论 1

1.1 谐波分析背景及研究意义 1

1.1.1 谐波分析背景 1

1.1.2 谐波分析的研究意义 1

1.2 国内外发展状况 2

1.3 本文主要工作 4

2 供电电源谐波数据采集方案设计 5

2.1 供电电源谐波的定义及指标 5

2.1.1 谐波定义 5

2.1.2 相关指标 5

2.2 市电供电线路原理 6

2.3 电源数据采集方案设计 6

2.4 本章小结 9

3 傅里叶谐波分析法 10

3.1 傅里叶变换理论 10

3.1.1 连续傅里叶变换 10

3.1.2 离散傅里叶变换 11

3.2 快速傅里叶变换 11

3.2.1 快速傅里叶变换的原理 11

3.2.2 栅栏效应 12

3.2.3 电力系统信号频谱分析 12

3.3 FIR数字滤波器的设计 14

3.3.1 FIR的基本理论 14

3.3.2 FIR滤波仿真实验 16

3.4 本章小结 17

4 小波谐波分析法 18

4.1 小波变换理论 18

4.1.1 连续小波变换 18

4.1.2 离散小波变换 19

4.2 Mallat算法 19

4.3 小波函数 21

4.3.1 Daubechies小波系 21

4.3.2 dmey小波 22

4.3.3 平稳市电信号小波分析 23

4.4 小波去噪 25

4.4.1 基于小波变换的信号去噪 25

4.4.2 去躁性能的指标 26

4.5 本章小结 26

5 实际数据的处理分析 27

5.1 Matlab仿真工具 27

5.2 傅里叶变换处理结果与分析 27

5.3 小波变换处理结果与分析 30

5.4 本章小结 33

6 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

参考文献 35

致谢 37

基于Matlab环境下的供电电源质量谐波分析

李瑞峰

, China

Abstract: Today, harmonics are generated in the power supply circuit with the increasing number of nonlinear loads in social production equipment and household appliances. This leads to distortion of the power waveform, resulting in a decline in the quality of the power supply. This will not only affect the performance of power systems and devices, but also reduce the performance and quality of power carrier communication systems. This paper firstly analyzes the reasons for the occurrence of harmonics in power supply circuit and then researching some recent analytic method in this area. According to the current conditions, this paper illustrates a method for collecting and analyzing real data by using Fourier transform and Wavelet transform under the circumstances of Matlab. It also includes analyzing the contrast on waveform and frequency spectrum which exist before and after processing by using two different methods. The result shows that both methods can analyze and eliminate the harmonic wave component in power supply circuit. Both approaches can be used in practical application when developing some relevant appliances and equipment.

Key words: Power Quality; Power Supply Circuit; Fourier Transform; Wavelet Transform; Harmonic Analysis

1 绪论

1.1 谐波分析背景及研究意义

1.1.1 谐波分析背景

当今社会中，电能的应用程度可以用来衡量一个国家经济发展的水平。根据2017年《BP世界能源统计》，从2009年到2017年电能在世界能源消费中增加了17%，而中国更是增加了52%^[1]。这表明，电能逐渐成为社会制造生产和人类家庭生活中不可或缺的一种主要能量资源。

电能主要用于电力载波通信、驱动电力电子设备两大领域，且呈现与日俱增的趋势。在通信这一方面，1837年萨缪尔·芬利·莫尔斯和阿尔弗雷德·威尔展示出第一座具有商业潜力的电报机，实现了远距离快速传递信息；再到十九世纪末期，美国建立了贯穿整个大西洋的电报系统，意味着从东半球到西半球，使用电报机，可在短时间内获得讯息；现今，无线通信技术已经占领了信息通信领域的一大块，是其中发展最快、应用最广的、应用前景最好的通信技术；可以说，电源网络作为一种信道资源方便人们进行快速的信息交流^[2]。在驱动电子设备这一方面，如今随着人工智能技术的快速发展和人们对生活质量的追求越来越高，各种先进的大型设备、自动装置、高精密测量或计量仪器逐渐普及到生活中，这些电子产品通过电源网络驱动运行工作，不仅减轻了人的工作量，而且使人们的生活更加便利。例如运行速度超快的磁悬浮列车作为一种现代高科技制造的交通工具，缩小了很多城市间的距离，为人们的出行带来便利，它的实现是借助电磁力实现车身与轨道的无接触式悬浮，其运行也是通过电机产生的电磁力来牵引。

然而，这些电力电子产品中含有的大量非线性负载，使电力系统的电压与电流的比值不再恒定，也就是电力系统中产生了谐波，这些谐波反流到电源网络，造成电网系统的电压波形发生畸变，引起电能质量下降^[3]。所以说，当今电力电子系统的发展赋予电能质量新的涵义。

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