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探究极大值光伏并网扰动检测中基于局部模极大值小波选取

最后更新时间:2024-01-26 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:23327 浏览:99545
论文导读:1小波变换的模极大值定义定义:若某点(a,t0)满足(W,f)(a,t0)t=0,则(W,f)(a,t0)被定义为局部模极值。若t∈(t0,δ),(W,f)(a,t)≤(W,f)(a,t0)都成立,则(W,f)(a,t0)被称为局部模极大值,其中(a,t0)是取得模极大值的点。2.2扰动检测方法扰动检测,即信号的突变性检测,是先对原信号在不同尺度上进行平滑处理,然后对处理后
作者简介:崔治(1982—),男,湖南益阳人,讲师,硕士,研究方向:信号处理(E-mail:zhicui@yeah.net);彭楚武(1949—),男,湖南长沙人,教授,硕士生导师,研究方向:机电一体化、微机实时控制系统理论与开发。
摘要:光伏并网系统中的扰动是一类非线性非平稳突变信号。针对扰动信号的检测问题,探讨了一种基于小波变换局部模极大值的信号检测方法。阐述了扰动检测的基本原理,研究了工程领域已有小波的基本性质。以紧支性、对称性、正则性、消失矩阶数四项特性为基本点,分析了这些性质与信号突变性之间的联系,提出了准确检测瞬态扰动的小波选取一般性准则,即“支集宽、正则性优、消失矩阶数高”准则。根据所提出的准则,有针对性的选择了DB1、DB6、sym6和coif3四种小波进行对比性仿真实验。结果证明了本文所提出准则的正确性与可靠性。
关键词:光伏并网;瞬态扰动;局部模极大值;小波选取
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1引言
在能源问题日趋严重的今天,光伏并网发电作为太阳能利用的发展方向,受到越来越多的关注。随着光伏系统并网容量的增大,系统中加入了大量非线性负载,加上光伏发电自身特性导致的间歇性和波动性,使得电网中不可避免的出现扰动,给光伏并网的安全稳定性带来了极大的危害。因此,从改善电能质量和确保电网安全经济运行方面来看,有效的检测与抑制扰动是极其重要的。
光伏并网系统中产生扰动的原因主要有电压瞬升瞬降、频率间断、谐波污染、单相故障、波动衰减等。小波变换具有良好的时频局部化能力和优良的去噪能力,近年来在检测领域受到极高的重视。在利用小波变换对扰动信号进行分析时,一个不能忽视的问题是小波基函数的选取,不同的小波具有不同的性质和各自特定的适用范围,这将直接影响到检测的结果。目前,有研究者采用DBN、SymN等不同的小波对并网扰动信号进行分析,取得了一定的成效,但并未提出统一的小波基选取标准,也未给出最优小波基[3]-[6]。本文针对上述问题,基于小波变换局部模极大值原理,提出了光伏并网扰动检测中小波基选取的一般性准则,结合MATLAB仿真实验得出coif3小波是扰动检测中的最优小波这一结论。
2模极大值定义与扰动检测方法

2.1小波变换的模极大值定义

定义[7]:若某点(a,t0)满足(W,f)(a,t0)t=0,则(W,f)(a,t0)被定义为局部模极值。若t∈(t0,δ),(W,f)(a,t)≤(W,f)(a,t0)都成立,则(W,f)(a,t0)被称为局部模极大值,其中(a,t0)是取得模极大值的点。

2.2扰动检测方法

扰动检测,即信号的突变性检测,是先对原信号在不同尺度上进行平滑处理,然后对处理后信号的一阶或二阶导数检测其极值点或过零点。对信号进行平滑处理的目的是为了去除噪声,所以平滑函数是局部化的。平滑函数满足
的二阶导数成正比。在这种情况下,信号经小波变换后的模极大值点就和信号的突变点对应起来[8]。
考虑到光伏并网系统中的扰动主要是一些非线性非平稳的突变信号,本文归纳出对扰动信号进行有效检测的方法,即:通过检测小波变换系数的模极大值点,可实现对扰动产生与否和产生时间的判断。
3用于扰动检测的小波选取原则
在信号分析的过程中,采用不同的小波基函数作为处理工具,所得的结果有明显差异, 要想得到高精度的检测结果,必须选择合理的小波基。目前在工程领域对于小波基的选取并没有一个明确的标准,研究者大都依据经验或信号处理的目的来选取小波。
考虑到将小波分析用于检测光伏并网系统中的扰动时,最重要的是扰动检测的实时性和时频局部化能力,本文结合文献[9]对小波基性质的论述,归纳出用于扰动检测的小波选取一般性准则如下:
1)时域紧支性准则。考虑本文信号处理的目的,选取小波的时域紧支集越短,则小波的频域局部化能力越强,越有利于提取非平稳信号中的瞬时、突变和奇异成分,也就越有利于扰动检测。
2)高正则性准则。为了实现信号奇异性检测的高灵敏度,构造的小波滤波器必须有一定的长度,因此选取的小波必须满足高正则性准则。此外,正则性越高,函数的光滑度越高,获得的重构信号效果就越好。摘自:硕士论文答辩技巧www.7ctime.com
3)消失矩阶数高准则。消失矩阶数高,意味着信号经小波变论文导读:
换后的频带细分效果好,抑制低阶部分的能力强,具有更好的突变性检测能力。
工程领域已有的15种小波中, DBN小波、symN小波和coifN小波符合上述准则。为了方便比较,本文选取DB

1、DB

6、sym6和coif3小波进行仿真实验。

4仿真实验及数值分析 1)仿真实验一
假设光伏并网系统中出现电压频率的瞬时变化,即频率间断干扰。设置原始信号的幅值为1,频率间断干扰在0.5s时出现,信号采样点数为1000个,采样频率为1000Hz,。对该信号分别采用DB1、DB6、sym6和coif3进行6尺度小波变换,在MATLAB中得到结果如图1-图4所示。图中signal代表原始信号,d1是原始信号经6尺度小波变换后得到的最底层细节分量,包含有信号最全面的信息。
由图1可知,signal经DB1分解后的模极大值不明显,在第500至第1000个采样点之间的小波系数彼此非常接近,在这种情况下,如果电网电压有所波动,或者噪声加大,则此范围内的系数有可能大于频率间断点处的模极大值,造成误检测。
观察图2,signal经DB6分解后,最底层的细节分量在第500采样点(0.5s)处出现了大小约为0.35的模极大值,在500至1000采样点之间的小波系数近似等于0,频率间断点非常明显,易于判断。究其原因,DB1与DB6虽然同属DB族小波,但它们的性质是不同的。DB1小波滤波器长度为2,支集宽度仅为1,消失矩也为1,而DB6小波的上述指标分别为12、11和6。小波基的消失矩越高,对频带细分的效果越好,检测信号奇异性的效果就越好;小波基的正则性越好,则其抑制信号低阶部分的能力越强,检测突变的能力就越强。 源于:期刊论文www.7ctime.com