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HHT算法及其在电力系统中的应用研究

作　者: 刘德利
导　师: 曲延滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 希尔伯特-黄变换 经验模态分解 端点效应 电力谐波 电压闪变 电力系统低频振荡
分类号: TM711
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform:HHT)是一种新型时频分析方法,该方法适合分析非线性非平稳信号,且具有自适应性和不受Heisenberg测不准原理的约束等优点。但是,该方法仍然存在端点效应、采样频率、曲线拟合、终止准则、虚假分量以及模态混叠等问题,本文进行了相应的研究和改进,并将改进的HHT应用于电力谐波、电压闪变和电力系统低频振荡的参数提取中。首先研究了电力谐波、电压闪变和电力系统低频振荡的分析方法,分析了现有方法的优缺点。通过四种常用的时频分析方法对突变信号进行分析和处理,结果表明希尔伯特-黄变换分析非平稳信号更具优势。针对HHT的端点效应问题,分析了直接延拓法、镜像延拓法和神经网络延拓法的优缺点,在此基础上,提出一种新的延拓方法——RBF-点对称延拓法,该方法将RBF神经网络和点对称延拓相结合,利用RBF神经网络将信号延拓至零点附近,然后通过点对称进行延拓,能够很好地抑制端点效应。研究了HHT的采样频率、曲线拟合、终止准则、虚假分量以及模态混叠等问题,并给出了相应的解决方法。通过设置大于信号最高频率8倍的采样频率和整周期采样的方法有效减小了采样频率的影响;采用埃尔米特插值法进行曲线拟合避免了三次样条插值的过冲和欠冲现象,该插值法对模态混叠现象有一定的抑制作用;将FFT分析得到的信号频率个数作为分解终止条件,该方法能够较好地识别和去除虚假分量,并且在虚假分量出现之前实现,减小计算量;选取Rilling提出的基于模态幅值和估计函数改进准则为分量终止条件。为了克服现有电力系统参数分析方法的缺点和不足,研究了HHT在电力谐波、电压闪变和电力系统低频振荡中的应用。采用自适应陷波滤波器对电力谐波信号进行预处理,然后进行HHT分析,有效抑制了基波幅值过大产生的模态混叠现象,并具有较高的精度;采用同步检测方法和低通巴特沃思滤波器对电压闪变信号提取调幅波信息,然后对调幅波进行HHT分析,该方法能准确、有效地提取单频和多频电压闪变信号的调幅波电压值和频率值;分别采用时变和平稳的电力系统低频振荡信号对HHT进行测试,验证了该算法适合于低频振荡参数提取。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外的研究现状  10-13
    1.2.1 电力谐波分析方法的研究现状  10-11
    1.2.2 电压闪变检测方法的研究现状  11-12
    1.2.3 电力系统低频振荡参数提取方法的研究现状  12-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-15
第2章 时频分析方法的基本原理及对比分析  15-23
  2.1 传统时频分析方法的基本原理  15-17
    2.1.1 短时傅立叶变换  15-16
    2.1.2 Wigner-Ville 分布  16
    2.1.3 小波变换  16-17
  2.2 HHT 的基本原理  17-20
    2.2.1 IMF 的基本概念  17
    2.2.2 EMD 的基本过程  17-19
    2.2.3 希尔伯特谱与希尔伯特边际谱的概念  19
    2.2.4 HHT 的特点  19-20
  2.3 时频分析方法的对比分析  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 HHT 端点效应问题的研究与改进  23-37
  3.1 HHT 的端点效应问题  23-24
  3.2 端点效应问题的研究与处理  24-33
    3.2.1 直接延拓法  24-27
    3.2.2 镜像延拓法  27-29
    3.2.3 神经网络延拓法  29-32
    3.2.4 RBF-点对称延拓法  32-33
  3.3 仿真分析  33-36
    3.3.1 正弦叠加信号  33-34
    3.3.2 调幅信号  34-35
    3.3.3 振荡信号  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 HHT 应用问题的分析与研究  37-47
  4.1 采样频率对HHT 的影响  37-39
  4.2 曲线拟合问题的分析与选取  39-41
    4.2.1 过冲和欠冲现象的分析与处理  39-40
    4.2.2 模态混叠现象的分析与改善  40-41
  4.3 虚假分量问题的分析与研究  41-44
    4.3.1 相关系数法  41-42
    4.3.2 K-S 检验法  42
    4.3.3 能量比值检验法  42-43
    4.3.4 基于FFT 的虚假分量检验法  43-44
  4.4 终止准则问题的讨论与处理  44-46
    4.4.1 分量终止条件  44-46
    4.4.2 分解终止条件  46
  4.5 本章小结  46-47
第5章 HHT 在电力系统中的应用  47-63
  5.1 HHT 在电力谐波中的应用  47-52
    5.1.1 电力谐波的产生及其分析方法  47-48
    5.1.2 基于HHT 的电力谐波分析方法  48-49
    5.1.3 仿真分析  49-52
  5.2 HHT 在电压闪变中的应用  52-57
    5.2.1 电压闪变的产生及其检测方法  52-53
    5.2.2 基于HHT 的电压闪变检测方法  53-55
    5.2.3 仿真分析  55-57
  5.3 HHT 在电力系统低频振荡中的应用  57-62
    5.3.1 电力系统低频振荡的产生及其参数提取方法  57-58
    5.3.2 基于HHT 的电力系统低频振荡参数提取方法  58-59
    5.3.3 仿真分析  59-62
  5.4 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 理论与分析 > 网络分析、电力系统分析
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