基于MATLAB小波分析的電力系統諧波分析

姚志榮（國家電網婁底供電公司，湖南婁底 417000）

基于MATLAB小波分析的電力系統諧波分析

姚志榮
（國家電網婁底供電公司，湖南婁底 417000）

電力電子設備在日常生活中起到了越來越重要的作用，但是在設備使用的過程中產生了大量的諧波，諧波的產生嚴重影響了設備的性能，尤其對一些精密的儀器對供電的性能具有嚴格的要求，所以需要對諧波進行檢測和抑制。本文提出基于MATLAB小波變換的諧波檢測方法。

諧波 小波分析 閾值

電力電子設備在人們的日常生活中應用越來越廣泛，電子設備的不斷精密化發展使得其對電能質量的要求也越來越高。諧波主要的產生原因是在負載上的電壓和電流之間的某種關系所引起的，這種關系是非線性的。電網中的諧波污染的主要威脅體現在：諧波的產生會加劇線路的損耗，降低輸發電的效率；諧波會產生過高的電壓，從而影響機械的正常運行，產生噪聲或者是機械振動；諧波可能造成繼電保護器或自動裝置的誤操作，諧波還可能對鄰近的通信線路造成干擾。

1 基于小波變換的諧波檢測方法

采用小波變換方法將電力系統內產生的高次諧波變換投影到不同的尺度上進行分析，得出高頻、奇異高次諧波信號的特征，通過對頻域空間內進行精細化的分析，為諧波分量的分析提供可靠的依據。小波變換的分析方法在諧波檢測中波動諧波、快速變化諧波的檢測具有很高的檢測優勢。采用正交小波變化對含有諧波的電流信號進行研究，降低頻信號看作是沒有諧波的基波分量，通過采用基于小波變換的諧波分量檢測能夠快速跟蹤諧波的變化。

2 諧波檢測評價指標

2.1 收斂速度

算法的收斂速度反應的是該算法在穩定的環境下自適應的速度，諧波檢測的過程中，算法的收斂速度直接影響著信號的恢復質量。算法的收斂速度的定義是函數得到全局最優解所用的迭代的誒次數，收斂速度是衡量算法優越性的主要指標之一。

2.2 穩態誤差

穩態誤差是指算法收斂后結果的穩態輸出值同實際的穩態輸出值之間的差值，如果系統的穩態誤差值越小則表示該系統的精度就越高，在進行系統的設計過程中，穩態誤差的影響因素很多，為了保持平衡的系統，需要兼顧其他的性能質變，盡可能使得穩態誤差較小，或者使穩態誤差的值低于某一個值。

3 基于小波變換的諧波檢測仿真

小波變換克服了短時傅里葉變換在單分辨率上的缺陷，具有多分辨率的特點，能夠在時域和頻域表示信號的局部信息。用DB2小波對諧波信號進行三層小波分解，采用基于小波的軟閾值信號去噪處理。

軟閾值函數表達式為：

其中，j kω，為小波系數，為經過去噪處理后得到的小波系數，T為閾值。

小波閾值去噪是較為常用的信號分析去噪方法，軟閾值去噪函數可以得到較為平滑的信號。閾值的選取直接影響了小波閾值去噪方法的效果，閾值選取太大經會造成信號中有用成分丟失，造成重構信號的失真，閾值選取太小會使得重構的信號中含有過多的噪聲，降低了去噪的效果。本文選用的小波閾值為改進的閾值：

其中 σ為噪聲的標準方差， N為信號長度，j為小波分析的分解尺度。

本文采用三層DB2小波分解，對小波系數采用軟閾值去噪，得到的輸出信號如圖2所示。將輸出信號同期望信號進行對比，得到的系統的穩態誤差如圖3所示。

4 結語

本文在對電力系統諧波研究的基礎上，分析了電力系統中存在諧波的危害，以及基于小波分析的電力系統諧波分析，評價指標，并采用小波軟閾值去噪方法對電力系統諧波進行分析，目的是實現在提高收斂速度的同時，提高檢測的穩定性，降低穩態誤差。

［1］武志富.小波分析在電力系統諧波檢測中的應用研究［D］.河北農業大學，2009.

［2］朱翔，解大，高強，張延遲.基于FFT和db20小波變換的電力系統諧波聯合分析策略［J］.電力系統保護與控制，2012，12:62-65+71.

［3］張天瑜.基于諧波小波的電力系統諧波分析［J］.現代電子技術，2009，05:159-162+166.

姚志榮（1970—），男，湖南邵陽人，國家電網婁底供電公司，學歷：研究生，職稱：高工，從事電網生產，經營管理。