基于加窗随机解调架构的电网超谐波信号检测方法

针对电网超谐波检测采样压力大、数据处理困难等问题,提出一种基于加窗随机解调架构的超谐波信号检测方法。该方法首先利用模拟信息转换技术结合加窗思想,在采样端对超谐波信号进行加窗压缩采样,得到压缩采样后的数据;随后,在重构端采用逐级二分的思想,将残差的一阶微分作为收敛阈值,改进稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)算法,实现对采样数据的快速重构。大量的仿真实验和测试结果表明,方法可以在减少90%数据量的情况下实现超谐波信号的频率幅值精确检测,其中频幅值检测的相对误差≤2%,频率检测误差≤3 Hz,为更准确测量超谐波提供了新思路。

K-S变换及其电网超谐波时频分析应用

依据FFT→优化窗→IFFT思路,突破线性时频变换的窗函数积分性能桎梏,实现高性能优化窗函数的线性时频变换应用,建立新型时频变换算法——K-S变换.对信号x(t)的FFT频谱向量进行频移处理后,与该频移点下Kaiser优化窗的频谱向量进行Hadamard乘积,再将乘积结果进行FFT逆变换(IFFT),构造出K-S变换复时频矩阵,由此获得x(t)的时间-频率-幅值、时间-频率-相位三维信息;给出逆变换的数学推导与局部性质、线性性质和变分辨率特性;0~150 kHz电网的稳态与时变超谐波信号仿真实验表明,K-S变换的时域、频域分辨能力均优于流行的短时傅里叶变换、S变换,具有优良的变分辨率性能;0~40 kHz超谐波信号的实测证明,基于K-S变换的超谐波电压幅值测量绝对误差均小于0.032 3 V.

磁场中导电矩形薄板1∶3内共振下的超谐波动力学响应

针对横向恒定磁场中一边固定三边简支的导电矩形薄板,研究1∶3内共振条件下系统发生超谐波共振时的动力学响应。利用伽辽金法得到两自由度非线性振动微分方程组,并通过数值计算得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶模态的响应图。结果表明,内共振的存在使得高阶模态被间接激发,不同参数下系统呈现出混沌、概周期运动等复杂动力学响应,可以通过调节磁场强度控制系统振动。

磁性功能梯度圆柱壳磁热弹性超谐波共振研究

研究温度场和磁场中功能梯度(functionally graded, FG)圆柱薄壳1∶3阶超谐波共振问题。针对金属-陶瓷FG圆柱薄壳,采用热传导方程表征一维温度场沿壳体厚度分布特性;结合热弹性理论,并考虑几何非线性,确定了壳体物理中面下的本构关系;基于磁弹性理论,建立磁场环境下壳体所受洛伦兹力和磁化力模型。应用哈密顿变分原理推得磁热弹耦合非线性振动方程。利用伽辽金积分法得到两端简支FG圆柱薄壳的无量纲化非线性振动微分方程,确定了由静磁力和热内力所产生的静挠度特征方程。应用多尺度法对系统的1∶3阶超谐波共振问题进行近似解析求解,得到系统稳态运动下的幅频响应方程,并应用李雅普诺夫稳定性理论对稳态解进行稳定性分析。通过数值算例,得到不同物理和几何参数影响下系统的共振幅值变化曲线图、动相轨迹图及多值解的区域划分图。结果表明:系统体现为硬弹簧特性;增大激励力幅值、陶瓷侧温度,临界多值解的分岔点右移,共振区域变大;增大磁场强度,稳定解振幅减小。

超谐波引发的电能质量问题及相关研究

电网中电力电子化电器设备不断增多,电力线载波通信技术应用日益普及,越来越多的超谐波发射注入电网中,其引发的新的电能质量问题日益突出。在全面梳理超谐波发射干扰造成电器设备非人为通断、电力线通信失败、电能表计量准确性下降及滤波设备烧毁等故障,归纳盘点国内外在超谐波的产生机理、传播特性、等效电路及仿真模型、测量方法和标准制定等方面研究结果的基础上,发现超谐波造成的电能质量问题仍未引起足够重视,目前相关研究仍处于起步阶段,然而电器设备的电力电子化与智能控制是大势所趋,超谐波发射引发的电器设备故障、运行不正常等将有增无减,因此需及时加大研究力度,以应对超谐波所引发的电能质量新问题所带来的多方面挑战。

基于压缩感知OMP的超谐波测量新算法

提出一种压缩感知正交匹配追踪（CS-OMP）超谐波测量新算法,即运用压缩感知理论,通过引入插值系数,基于离散傅里叶变换（DFT）系数向量和狄利克雷核矩阵,构建了高频率分辨率的压缩感知模型,并基于正交匹配追踪算法,在不增加被测数据观测时间前提下,将超谐波测量的频率分辨率提高了一个数量级。数值仿真分析以及两种非线性负荷的实测数据验证的结果表明,该算法可将测得数据频率分辨率由2 k Hz细化为200 Hz,能实现对被测信号中超谐波频率成分的精确定位,也可准确求解出其幅值信息,从而有效地弥补了DFT算法存在的观测时间与频率分辨率互相限制的固有缺陷,在更准确测量超谐波方面展现出良好前景。

基于动态采样压缩感知的超谐波监测方法

随着电力电子器件向着智能高频化发展以及分布式新能源的大规模并网,超谐波引发的电能质量问题日益凸显,然而,由于超谐波信号非平稳、宽频域等特性导致其监测难度相对较大。因此,该文提出一种基于动态采样压缩感知的超谐波监测方法。在采样端,设计动态压缩采样法,对超谐波信号施加柔性时窗,通过引入尺度伸缩因子实现对窗口宽度的反馈型柔性调制。同时,理论证明时窗内超谐波信号的稀疏性,从而突破Nyquist高频采样局限,实现超谐波信号低速动态压缩采样。在重构端,设计变步长稀疏度自估计子空间追踪–动态基追踪(variable step sparsity estimation subspace pursuit-dynamic basis pursuit,VSSESP-DBP)动态重构算法。以变步长稀疏度自估计子空间追踪(variable step sparsity estimation subspace pursuit-dynamic basis pursuit,VSSESP)算法求得初始解,在初始解的基础上,提出动态基追踪(dynamic basis pursuit,DBP)算法,利用信号支撑集的时间相关性,将上一时刻解作为先验信息提升重构信号求解速度,克服了传统算法连续重构时计算复杂度高、实时性差的弊端。最后,采用风电并网模型对超谐波信号实验,测试结果表明,所提方法可实现超谐波的动态监测和精确重构,并且具有信号低采样数据量,重构准确度高和快速性优势。

悬索的超谐波共振与1:3内共振分析

研究了悬索在超谐波共振和1:3内共振共同作用下的两模态响应.首先利用Galerkin方法对悬索的面内运动方程进行离散,得到无穷维离散模型.并利用多尺度法推导出悬索同时发生超谐波共振和1:3内共振时的平均方程以及近似响应.最后研究了平均方程的稳态解以及垂跨比对幅频曲线、水平张力以及时间历程的影响.

电磁与机械载荷作用下导电梁式板的超谐波共振

研究了电磁与机械载荷共同作用下梁式薄板的非线性超谐波共振问题.在给出薄板的电磁弹性运动基本方程及电磁力表达式的基础上,推得了横向稳恒磁场和机械载荷共同作用下粱式薄板的振动方程;应用伽辽金积分法,进一步导出了相应的非线性振动控制微分方程.采用多尺度法进行求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程.最后,通过算例,给出了相应的幅频响应曲线图和时间历程图,分析了板厚、磁场及激励幅值对系统振动的影响.

地震作用下非弹性地基桩的3次超谐波共振

研究了地震作用下非线性地基中桩基的3次超谐波共振问题.从地基桩中抽象出力学模型,考虑地基的非线性因素,运用Hamilton变分原理建立了桩基的非线性控制方程.利用Galerkin方法离散上述方程,基于多尺度摄动法研究了地震作用下非线性地基中桩的3次超谐波共振问题.以某嵌岩圆形桩为例,研究了地基土层厚度、剪切波速度及频率比对地震力的影响,数值模拟了非线性地基桩的3次超谐波共振响应,探讨了地震力、地基弹性及非弹性系数对超谐波幅频响应的影响,最后研究桩基产生3次超谐波共振时的时间历程曲线.结果表明,当地震波频率约等于桩基固有频率的1/3时,容易激发桩的3次超谐波共振响应;桩基的3次超谐波共振响应随着地震力、非弹性系数的增大而变得更加显著,随着弹性系数的增大而逐渐变小.

考虑温度效应的悬索超谐波共振响应研究

引入与张拉力和垂度相关的无量纲参数,可推导出整体温度变化影响下悬索面内非线性运动微分方程.首先利用Galerkin法得到离散后的无穷维方程,然后运用多尺度法求解其二阶和三阶单模态超谐波共振响应的近似解,并得到幅频响应方程,最后通过数值算例探究三种垂跨比的悬索,温度变化对其单模态超谐波共振响应的影响.研究结果表明:当垂跨比较小时,一定程度的温度变化会导致其超谐波共振响应发生定性和定量的改变,改变系统软硬弹簧的性质和程度,即改变其幅频响应曲线的偏转方向和程度;温度变化会改变激励-响应幅值曲线的单值/多解情况.然而当垂跨比逐渐增大后,温度变化对其共振响应仅会产生定量的影响,且温度变化与幅频响应曲线向左偏转程度呈正比,即温度上升,曲线向左偏转程度加剧,软弹簧特性增强,反之则减弱.由于悬索存在初始张拉力,升高和降低相同温度对超谐波共振特性影响呈现出不对称性.

横向磁场中导电圆柱壳体的超谐波共振

研究磁场环境中受机械载荷作用圆柱薄壳的三阶超谐波共振问题。在给出横向磁场和机械动载共同作用下圆柱薄壳的振动方程基础上,应用伽辽金积分法,并进行无量纲化处理,进一步导出相应的非线性磁弹性振动微分方程。采用多尺度法对三阶超谐波共振问题进行求解,得到稳态运动下的幅频响应方程与解的稳定性判别式。通过算例,给出几种情况下反映振幅与各参数关系的曲线图,讨论机械与电磁参数对系统共振与解的稳定性的影响。

双稳态电磁式振动能量捕获器超谐波响应研究

超谐波响应是非线性振动系统在较大激励下表现的特性,在某种条件下双稳态振动能量捕获系统的超谐波响应可使系统产生优越的输出功率。本文将质量-非线性弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获器相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程。采用两项式谐波平衡法,获得了双稳态系统在简谐激励下产生大幅运动的基谐波和超谐波响应的解析解,借助数值仿真分析了质量比和调频比对双稳态振动能量捕获器产生大幅运动的影响规律,获得了双稳态系统的结构参数的最佳配置范围,且当外部激励频率处于低频段时,系统发电主要表现为超谐波发电,随着激励频率的增大,振动发电系统主要呈现基谐波发电。上述研究,为双稳态能量捕获装置的理论研究提供了参考。

含万向铰偏斜轴系的超谐波共振及其稳定性分析

研究固有结构偏斜与实际误差偏斜共同作用下含万向铰偏斜轴系的非线性扭转振动问题。首先推导出偏斜转子系统的弱非线性扭转振动方程,然后利用多尺度法求得其在超谐波共振情形下的周期解,并给出稳态周期解的幅频特性关系式。运用李雅普诺夫第一近似稳定性理论,对系统平衡点进行稳定性研究,得到超谐波共振解振幅随调谐参数变化的稳定区与不稳定区。最后对不同初始条件下非线性扭转振动的超谐波共振进行仿真计算。研究结果揭示了含万向铰偏斜转子系统非线性动力学的基本特性,也为进一步分析偏斜转子系统的分岔与奇异性奠定了基础。

旋转机械的超谐波共振分析

用立方非线性描述隔振材料的非线性刚度特征 ,将旋转机械和隔振器归结为一个二自由度非线性动力系统 ,建立了其非线性动力学模型 在存在内共振和不存在内共振两种情形下 ,用多尺度法分析了当激励频率接近于系统线性化固有频率的 1/3倍时旋转机械的超谐波共振 ,导出了超谐波振动分量的幅值和相位的分析表达式 分析方法和结论对于旋转机械的隔振设计与隔振效果评价具有积极意义 参

轴向运动正交各向异性板的超谐波共振及稳定性

研究了轴向运动正交各向异性条形薄板在线载荷作用下的超谐波共振问题。通过哈密顿原理导出了几何非线性下正交各向异性条形板的非线性振动方程。运用伽辽金积分法,推得了关于时间变量的量纲归一化非线性振动微分方程组。应用多尺度法求解三阶超谐波共振问题,得到了稳态运动下一阶、二阶、三阶共振形式的共振幅值响应方程。利用Liapunov方法推得不同共振形式稳态解的稳定性判据,并据此分析不同参数对系统稳定性的影响。绘制了振幅特性变化曲线图和与之对应的激发共振多解临界点曲线图,分析系统参数对共振的影响,并预测系统进入非线性共振区域的临界条件。得出激励在特定位置区间时可激发系统的超谐波共振,随着激励幅值的增加,上稳定解支减小,下稳定解支增加,且一阶模态振幅大于二阶、三阶振幅。

转子系统超谐波共振的理论分析与实验研究

忽略机械系统中客观存在的非线性因素，对于提高机械故障诊断与预测技术水平是非常不利的．本文利用多尺度法分析了刚度非线性转子系统的横向振动，论证了当转频接近于线性化固有频率的1／2或1／3时，分别存在明显的二阶或三阶超谐波共振现象．实验结果验证了理论分析的结论．本文的研究结果有利于建立完备的回转机械故障诊断知识库．

摆动喷管与惯性器件超谐波耦合仿真研究

摆动喷管具有大惯量和强非线性特征,存在与惯性器件耦合的风险。建立了从指令输入到惯性器件响应输出的控制回路开环传递特性模型,用有限元方法模拟了摆动喷管非线性特征,发现了摆动喷管与惯性器件的超谐波共振耦合效应,同时讨论了几种改进措施的有效性和可行性,发现对作动器反馈信号进行幅值调制来降低耦合效应效果明显且易于应用实现。

智能结构超谐波振动的最优化控制

应用最优化控制方法研究智能结构体超谐波振动的减振控制。由非线性振动定常解的稳定条件得到结构超谐波振动稳定的速度和位移反馈控制参数范围。以超谐波振动有控制和无控制自由振动峰值的比值为超谐波减振的衰减率,分别以该衰减率和能量函数为目标函数,以反馈控制参数范围为约束条件,利用最优化方法计算得到衰减率和能量函数值最小的速度和位移反馈控制参数,实现智能结构体超谐波振动的控制器设计。计算发现速度反馈控制参数数值越大,衰减率越小,控制效果越好;通过选择最优的位移反馈控制参数可以使得输入能量和振动能量最小。由超谐波振动试验实测数据计算出最优化控制参数,设计非线性超谐波振动试验控制系统,进行减振控制试验研究。

基于梁结构超谐波振动的信号倍频放大研究

信号发生装置的倍频电路容易受到外界环境因素和器件尺寸的影响,导致工作稳定性变差,影响信号发生装置的性能。为此,本文提出一种基于梁结构机电耦合系统超谐波振动的信号倍频发生方法,给出了超谐波振动倍频信号放大条件。该方法利用激励信号激励梁产生超谐波振动,通过滤波电路滤除激励波信号,保留了激励波三倍频信号,实现了信号的倍频放大功能。设计了超谐波振动倍频信号试验发生装置和高低通滤波电路,滤除激励信号;利用数据采集系统采集超谐波振动信号。试验结果表明:本文的信号倍频放大方法能实现信号频率整数倍放大,超谐波振动倍频信号发生装置能产生稳定的倍频信号。