光伏发电系统中谐波的检测分析与应用研究

【摘要】：伴随着国家对新能源的开发利用及光伏产业的大力发展，光伏发电将在整个电网中的比重越来越高，由于光伏发电技术与传统的发电技术相比，它受光照强度、温度等一系列不可预测的因素影响较大，输出的谐波将会对整个电网和用户带来极大危害。而国家对光伏系统的谐波并没有准确的标准要求，只是沿用常规电网谐波标准，对光伏谐波的研究就具有重要意义。 本文针对光伏发电系统电能特征进行研究，尤其是光伏谐波的特殊性进行分析。通过对模拟滤波器法；瞬时无功功率理论法；小波变换法；基于神经网络法；傅里叶变换法的对比，本文选用了应用最广泛的傅里叶分析法，首先分析了傅里叶变换的理论及应用于信号分析的算法，对傅里叶分析方法应用于光伏谐波分析时所产生的频谱泄露和栅栏效应等问题进行介绍。针对这些问题，研究了常用窗函数频域特性及加窗插值算法对频谱泄露和栅栏效应的改进效果，在此基础上提出了基于卷积的Hanning卷积窗改进算法，并给出算法实现步骤。通过MATLAB仿真，对改进算法在微弱谐波幅值检测及简化计算量上的优越性进行验证，同时针对发电系统中常存在的间谐波进行了常用窗函数的对比仿真分析。 针对光伏谐波分析上难以实现的同步采样，提出了软件的准同步采样方法，基于准同步采样可以减小频谱泄露和栅栏效应的产生，结合Hanning卷积窗改进算法，可以大大提高谐波参数分析精度。同时将准同步采样方法和Hanning卷积窗改进算法应用于光伏谐波检测系统中，并用准确的谐波信号验证系统对谐波的分析准确度。这就为光伏发电系统谐波治理提供实际的参考价值。也为谐波补偿装置的设计提供基本依据。 【关键词】：光伏谐波 非同步采样 傅里叶变换 加窗插值 卷积窗
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.1.1 光伏发电的背景与意义10-11
• 1.1.2 光伏发电系统谐波标准11-12
• 1.1.3 光伏系统谐波危害及其检测的意义12-13
• 1.2 现有谐波检测方法研究进展13-14
• 1.3 论文研究的主要内容14-15
• 第2章 光伏发电系统的电能特征与谐波分析方法15-29
• 2.1 太阳能光伏发电系统的电能特征15-17
• 2.1.1 太阳能光伏系统结构15-16
• 2.1.2 光伏发电系统电能特征与谐波的产生16-17
• 2.2 电能系统谐波的基本分析方法17-24
• 2.2.1 信号分解为傅里叶级数17-19
• 2.2.2 离散傅里叶变换19-21
• 2.2.3 快速傅里叶变换21-24
• 2.3 傅里叶分析方法应用于光伏发电系统存在的问题24-28
• 2.3.1 频谱泄露25-27
• 2.3.2 栅栏效应27
• 2.3.3 频谱混叠27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 面向光伏系统的加窗插值 FFT 算法和仿真分析29-49
• 3.1 加窗插值 FFT 算法29-40
• 3.1.1 窗函数的种类和特性29-35
• 3.1.2 常用窗函数选择原则35
• 3.1.3 加窗单谱线插值 FFT 算法35-37
• 3.1.4 加窗双谱线插值 FFT 算法37-40
• 3.2 基于卷积的改进 FFT 算法40-43
• 3.2.1 Hanning 卷积窗插值 FFT 算法40-42
• 3.2.2 Hanning 卷积窗算法谐波分析流程42-43
• 3.3 光伏谐波与间谐波检测仿真43-47
• 3.3.1 加窗插值 FFT 对光伏间谐波检测43-46
• 3.3.2 改进卷积窗对微弱谐波分量检测46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 改进 FFT 谐波分析方法在光伏谐波检测中的应用49-66
• 4.1 光伏谐波检测系统构成49-56
• 4.1.1 光伏谐波检测系统基本结构49-50
• 4.1.2 模拟量输入硬件结构50-51
• 4.1.3 信号采集系统结构51-54
• 4.1.4 检测系统工作流程54-56
• 4.2 改进 FFT 光伏谐波分析方法的应用56-60
• 4.2.1 光伏谐波计量参数56-57
• 4.2.2 基于 Hanning 卷积窗的谐波参数求解57-59
• 4.2.3 光伏谐波检测系统误差分析59-60
• 4.3 系统测试60-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72
• 致谢72

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