[01262436]盲源分离在电网谐波检测虚拟仪器平台中的研究与应用

电网电能受到电力企业和各电力用户的共同关注，因此，对电网电能质量的实时在线检测非常重要。

其中，对电网电能质量进行实时检测，是电网电能质量改善的前提，其中，对谐波的分析检测及补偿是提高电能质量的重要环节之一。

本项目报告首先分析了造成电能质量下降的原因，介绍了电能质量国家标准的相关内容，并且对电能质量衡量的检测方法进行了研究与总结;然后，对系统的工作原理及总体结构等方面进行了详细的分析。

项目在进行电网电压、电流的谐波分析检测中，基于独立分量分析理论（ICA），引入了盲源分离理论，在谐波分析算法中，主要通过Fast ICA批处理的盲源分离算法以及基于梯度型的在线盲源分离算法，由于在进行电网谐波检测时，需要对电网谐波进行实时检测，因此，重点对在线梯度盲分离算法中的自然梯度盲分离算法进行分析、研究，特别是对自然梯度法在电网电压的盲源分离进行了改进，提出了一种基于互信息最小化准则下的自适应变步长的自然梯度盲分离算法，并通过电网谐波的盲分离实验，验证了本项目中对谐波分析提出新算法的有效性及准确性。

根据盲分离出的信号，可通过电压补偿，滤除Nyquist采样频率外以及短时谐波、暂态扰动、突变等对谐波分析检测的影响。

另外，在进行谐波分析检测之前，引入小波消噪对电网电压中的噪声信号进行有效滤除，有效防止数字低通滤波的不足。

本项目开发了一种用于测量电网电力参数，特别是谐波分析的电能质量检测软硬件虚拟仪器平台。对传统的电网谐波检测仪器设备进行了技术革新。

系统硬件采集模块设计方面，主要通过对传感器模块、信号选择模块、程控放大模块、程控滤波模块等进行设计，通过数据采集卡与计算机的数据交换，完成了对大电压、高电流的转换并送入计算机进行处理;通过设计电网电压、电流采集硬件电路，通过数据采集卡与工控机实现信号的控制与传输，实现工控机的谐波分析等功能。

系统软件算法设计方面，采用小波包消噪实现对检测信号的噪声滤除，提高了电力参数及电能质量检测分析的准确性，通过利用盲源分离方法进行谐波检测与分析，准确测量出电压基波及各次谐波分量的频率和幅值，并有效识别出电压波动信号的出现时间和奇异程度。

设计了各软件系统，特别研究了盲源分离算法在电网谐波分析中的有效性，将盲源分离算法用于电网电压、电流的混合波形盲分离中，完成对电网谐波的分析在谐波分析系统平台设计中，利用LabVIEW + Matlab混合编程实现。

在软件设计方面，对分离后的信号进行频谱能量分析，有效解决噪声干扰、频谱混叠、电磁兼容以及电压波动与闪变等影响监测的关键性问题。

在平台设计方面，本电网谐波检测软件系统平台基于虚拟仪器技术，通过设计虚拟仪器平台前端硬件电路，将电网大电压、大电流转化为能被计算机处理的小信号;然后，基于虚拟仪器软件LabVIEW进行电能质量特别是谐波分析的软件程序设计，本系统通过软件系统利用盲源分离算法可对采集到的数据进行分析计算，判断电能质量的多种电力参数。

克服了传统测量系统功能单一、升级复杂、成本高等缺点。

本电网谐波检测虚拟仪器平台实现了友好的人机界面可实现实时监测和分析、并可进行历史数据的管理和图形化显示，且具有广泛的扩展升级空间。

系统平台设计采用虚拟仪器LabVIEW进行电力谐波检测等用户应用界面设计、实现对电网电力参数数据的分析、显示与报警。