電氣論文：電能質(zhì)量檢測分析監(jiān)控新技術(shù)（獲獎論文）

1、電氣論文：電能質(zhì)量檢測分析監(jiān)控新技術(shù)-1電能質(zhì)量研究中新技術(shù)的應用背景隨著科技的進步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中用電負荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，諸如半導體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負荷迅速發(fā)展，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性，使電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變成引起電壓波動和閃變以及三相不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率波動等，對供電電能質(zhì)量造成嚴重的干擾或“污染”1。電網(wǎng)中正面對越來越多的電能質(zhì)量問題，這使得電能質(zhì)量的研究十分緊迫。另一方面，電能質(zhì)量正逐步受到供電企業(yè)和電力用戶的共同關(guān)注。進入20世紀90年代以來、隨著半導體、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，一批高新技術(shù)企業(yè)應運而生，出

2、現(xiàn)大量的微機控制裝置和生產(chǎn)線.對電能質(zhì)量提出了新的要求；而電力市場的發(fā)展，使供電企業(yè)進一步認識到：用戶的需要也是自身的需要。在這樣的背景下，因電能質(zhì)量不良而使用戶設備停機或出次品的情況.仍應看作電能質(zhì)量不合格。當然，電能質(zhì)量不良有多種情況，用戶對電能質(zhì)量的敏感程度也各不相同。一船來說，供電企業(yè)可對不同的電能質(zhì)量劃分等級、分別定價、用戶可以自由選擇。但由于我國目前還未能實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。因此，進一步改善電能質(zhì)量的工作基本上要求在用戶側(cè)解決。隨著各種用電設備對電能質(zhì)量敏感度的變化，電能質(zhì)量的范圍進一步擴大.分類更細要求更高2。在新的電力市場環(huán)境下，電能質(zhì)量已成為電能這種商品的消費特性，很大程度上體現(xiàn)了

3、供電部門服務品質(zhì)。所以有關(guān)部門正在加大對電能質(zhì)量的監(jiān)管和治理。這些背景下，電能質(zhì)量的研究迫切需要一些新技術(shù)來推動，通過這些新技術(shù)的應用，從而使電能質(zhì)量從檢測、分析和監(jiān)控等方面得到提高，從而有利發(fā)現(xiàn)問題和規(guī)律、改善供電質(zhì)量和服務。2電能質(zhì)量檢測中的新技術(shù)電能質(zhì)量檢測是獲得電能相關(guān)數(shù)據(jù)的最直接手段，也是電能質(zhì)量其他后續(xù)高級應用研究的前端。2.1當前電能質(zhì)量檢測的情況對電能質(zhì)量進行監(jiān)測是獲得電能質(zhì)量信息的直接途徑，雖然這方面的檢測儀器已不少，但大多數(shù)只局限于持續(xù)性和穩(wěn)定性指標的檢測，而傳統(tǒng)的基于有效值理論的檢測技術(shù)由于時間窗太長，僅測有效值已不能精確描述實際的電能質(zhì)量問題，因此需發(fā)展?jié)M足以下要求的新

4、檢測技術(shù)3：能捕捉快速(ms級甚至ns級)瞬時干擾的波形。因為許多瞬間擾動很難用個別參量(如有效值)來完整描述，同時隨機性強，因此需要采用多種判據(jù)來啟動量和裝置，如幅值、波形畸變、幅值上升率等。需要測量各次諧波以及間諧波的幅值、相位，需要有足夠高的采樣速率，以便能測得相當高次諧波的信息。建立有效的分析和自動辨識系統(tǒng)，使之能反映各種電能質(zhì)量指標的特征及其隨時間的變化規(guī)律。隨著電力的市場化和電能質(zhì)量的法規(guī)化，供電質(zhì)量將引起越來越廣泛的重視，開發(fā)出考慮電能質(zhì)量監(jiān)測的新的scada系統(tǒng)是配電能量管理系統(tǒng)的新研究方向。這一領(lǐng)域的難點將是對電流、電壓的同時持續(xù)測量，對質(zhì)量指標的分類辨識和統(tǒng)計，數(shù)據(jù)量大，因

5、此需要開發(fā)強大的數(shù)據(jù)庫來進行有效管理。2.2新技術(shù)應用當前，電能質(zhì)量在硬件和軟件上應用了主要有數(shù)字信號處理（dsp），虛擬儀器等新技術(shù)以及新的如小波變換的算法。4介紹了有關(guān)電能質(zhì)量的基本概念和衡量標準，并給出了適合數(shù)字測量的分析方法和閃變檢測仿真波形。5討論了dsp器件在電能質(zhì)量補償器中的檢測應用，重點介紹用該器件實現(xiàn)物理硬件和控制軟件方面的實際開發(fā)。6根據(jù)電能質(zhì)量檢測對于系統(tǒng)實時性和支持復雜算法的特殊要求，提出一種基于雙cpu的嵌入式實時系統(tǒng)解決方案。主要討論設備的硬件系統(tǒng)設計和基于雙cpu系統(tǒng)的軟件設計思想。設計經(jīng)過實際的調(diào)試和運行，電路功能正常，證明了該設計的合理性和可用性。相對于以往的

6、設計，具有實時性好、體積小和成本低的優(yōu)點。7對基于連續(xù)小波變換的信號奇異性檢測原理及其在電能質(zhì)量暫態(tài)信號檢測中的應用進行了詳細的研究，通過基于標準偏差估計的小波消噪算法，有效排除了噪聲干擾，實現(xiàn)了精確的故障時刻定位。8根據(jù)小波變換的理論,結(jié)合電能質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的特點,文中將基于小波變換系數(shù)的門限方法應用于電能質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的壓縮。仿真計算結(jié)果及其分析表明,該方法簡單而且壓縮效果較好,能保留壓縮信號的局部特征,計算速度快,很適合于實時性要求較強的場合。9對電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的組成部分和工作原理進行了詳細介紹。電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的軟件應用matlab與c+語言的混合編程技術(shù)進行開發(fā)。該系統(tǒng)不但能實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)

7、據(jù)的精確采樣,還可以分析電網(wǎng)的各項電能質(zhì)量指標,并以直觀的圖形顯示出來。10介紹了虛擬儀器的電能質(zhì)量檢測和分析系統(tǒng)的組成,介紹labview軟件實現(xiàn)的頻率跟蹤技術(shù),并介紹了使用網(wǎng)絡對電能質(zhì)量進行遠程檢測和數(shù)據(jù)分析的方法,最后給出了部分程序。3電能質(zhì)量分析中的新技術(shù)電能質(zhì)量的分析計算涉及對各種干擾源和電力系統(tǒng)的數(shù)學描述，需要開發(fā)相應的分析軟件和工程方法來對各種電能質(zhì)量問題進行系統(tǒng)的分析，為改善電能質(zhì)量提供指導。由于干擾源性質(zhì)各異，干擾的頻譜從0hz到ghz的廣寬范圍內(nèi)，電網(wǎng)元件在不同干擾作用下呈現(xiàn)不同的性能，因此建立干擾源和電網(wǎng)元件(或局部電網(wǎng))準確的數(shù)學模型有時困難很大，而分析計算的準確性不僅

8、取決于數(shù)學模型和計算方法，還有賴于電網(wǎng)基礎資料的可信度。近年來，基于數(shù)字技術(shù)的各種分析方法已在以下電能質(zhì)量領(lǐng)域中得到應用：分析諧波在網(wǎng)絡中的分布分析各種擾動源引起的波形畸變及在網(wǎng)絡中的傳播分析各種電能質(zhì)量控制裝置在解決相關(guān)問題方面的作用；多個控制裝置的協(xié)調(diào)以及與其他控制器的綜合控制等問題。目前所采用的方法有三種：(1)時域仿真方法該方法在電能質(zhì)量分析中的應用最為廣泛，其主要的用途是利用各種時域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問題中的各種暫態(tài)現(xiàn)象進行研究。目前較通用的時域仿真程序主要有emw、emtec、netomac、bpa等系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序和spice、pspice、matlab、saber等電力電子仿真

9、程序兩大類。由于這些仿真程序在不斷發(fā)展中，其功能日益強大，還可利用它們進行電力設備、元件的建模和電力系統(tǒng)的諧波分析。(2)頻域分析方法該方法主要用于諧波問題的分析計算，包括頻率掃描，諧波潮流計算等?？紤]到一些非線性負載的動態(tài)特性，近年來又提出一種混合諧波潮流的計算方法，即在常規(guī)的諧波潮流計算法基礎上，利用emtp等時域仿真程序?qū)Ψ蔷€性負載進行仿真計算，可求出各次諧波動態(tài)電流失量，從而得到動態(tài)諧波潮流解。(3)基于變換的方法這里主要指fourier變換方法、短時fourier變換方法和小波變換(wavelet)方法。作為經(jīng)典的信號分析方法fourier變換具有正交、完備等許多優(yōu)點，而且有象fft

10、這樣的快速fourier算法，因此已在電能質(zhì)量分析領(lǐng)域中得到廣泛應用。但在運用fr時，必須滿足以下條件：滿足采樣定理的要求，即采樣頻率必須是最高信號頻率的兩倍以上；被分析的波形必須是穩(wěn)態(tài)的、隨時間周期變化的。因此；當采樣頻率或信號不能滿足上列條件時，利用fft分析會給分析帶來誤差。此外，由于fft變換是對整個時間段的積分，時間信息得不到充分利用；信號的任何突變，其頻譜將散布于整個領(lǐng)帶。為解決上述問題，gabor利用加窗，提出了短時fourier變換方法，即將不平穩(wěn)過程看成是一系列短時乎穩(wěn)過程的集合，將fourier變換用于不平穩(wěn)信號的分析。由于實際多尺度過程的分析要求時佰窗口具有自適應性，即高

11、頻時頻窗大、時窗?。坏皖l時頻窗小，時窗大，而stft的時頻窗口則固定不變。因此，它只適合于分析特征尺度大致相同的過程，不適合分析多尺度過程和突變過程。而且這種方法的離散形式?jīng)]有正交展開，難以實現(xiàn)高效算法。小波變換由于具有時頻局部化的特點，克服了以上fft和stft的缺點，特別適合于突變信號和不平穩(wěn)信號的分析。小波變換作為一種新的數(shù)字技術(shù)被引入工程界后，已在圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮和信號分析等領(lǐng)域得到廣泛應用。由于小波函數(shù)本身衰減很快，也屬一種暫態(tài)波形，將其用于電能質(zhì)量分析領(lǐng)域，尤其是暫態(tài)過程分析領(lǐng)域?qū)⒕哂衒ft、stft所無法比擬的優(yōu)點。最近，已有文獻介紹應用小波變換方法進行電能質(zhì)量評估、電磁暫態(tài)波

12、形分析和電力系統(tǒng)擾動建模等電能質(zhì)量問題的研究。4電能質(zhì)量研究中的人工智能新技術(shù)最近幾年，以專家系統(tǒng),神經(jīng)網(wǎng)，模糊邏輯和進化計算為代表的人工智能新技術(shù)已開始較全面地應用于電能質(zhì)量研究，因為它是個較復雜，工作量和數(shù)據(jù)處理量很大的系統(tǒng)工作。特別是在電能質(zhì)量分析方面,很多人工智能應用來進行輔助分析，對復雜的問題進行處理。而且這些新技術(shù)的一個突出特點就是交叉應用的非常廣泛，有時很難斷言就是哪種技術(shù)，而是以某種為主，其它為輔的。也就通常所說的混雜技術(shù)。4.1專家系統(tǒng)盡管專家系統(tǒng)成本較高且在開發(fā)過程中耗時過長，但依然出現(xiàn)了很多應用11-22。這些主要體現(xiàn)在對畸變的電壓和波形進行分類；利用專家系統(tǒng)分析諧波；對

13、電能質(zhì)量問題的解決方案在專家系統(tǒng)架構(gòu)下進行開發(fā)；測量和分析電能質(zhì)量及電力系統(tǒng)電磁兼容性；識別電能質(zhì)量的事件通過一個可擴展的系統(tǒng)；管理電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，培訓電能質(zhì)量問題的專業(yè)咨詢?nèi)藛T；4.2神經(jīng)網(wǎng)絡人工神經(jīng)網(wǎng)作為較成熟的智能技術(shù)，在電能質(zhì)量中已有較廣泛的應用，它們主要包含23-37:從非電能質(zhì)量信息中識別電能質(zhì)量事件；對諧波的產(chǎn)生模式進行建模；在電網(wǎng)中估計和評價諧波畸變和其它電能質(zhì)量問題；以神經(jīng)網(wǎng)整合小波變換分辨和識別電能質(zhì)量事件；在需要避免噪聲和子諧波時對諧波進行分析；為電力工程師們解決電能質(zhì)量問題開發(fā)一個輔助工具；4.3模糊邏輯待添加的隱藏文字內(nèi)容3模糊邏輯和帶神經(jīng)網(wǎng)學習能力的模糊邏輯是當前最流

14、行人工智能技術(shù)。它們在電能質(zhì)量研究方面也取得了不少新進展11-13,38-49：診斷各種電能質(zhì)量問題；對電能質(zhì)量工作人員提供實用性的輔助工具；管理電能質(zhì)量數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)挖掘以獲得相關(guān)知識；開發(fā)對供電部門人員和用戶進行電能質(zhì)量問題專業(yè)培訓的系統(tǒng)；對引起電能質(zhì)量問題的各種干擾進行分類；適應性的采集電能量，方均根電壓和電流；研究在適當?shù)臅r候?qū)Υ?lián)電容器進行投切來控制諧波的畸變水平；在模糊約束下建立評價電能質(zhì)量的指標；利用基于模糊邏輯的控制方案開發(fā)一個統(tǒng)一的電能質(zhì)量管理器；預測和識別系統(tǒng)的非正常運行情況；為保證供電電壓質(zhì)量實施基于模糊邏輯的無功補償5電能質(zhì)量監(jiān)控中的新技術(shù)在電能質(zhì)量監(jiān)控方面，我認為有兩

15、個趨勢：其中之一就是上節(jié)中提及的智能化，智能化旨在減輕人的勞動，能自動對電能質(zhì)量問題進行識別和數(shù)據(jù)處理，從而實現(xiàn)全面的無人監(jiān)控功能。另一個則是遠程化。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，供電部門和用戶都迫切需要對較大量的監(jiān)測點進行監(jiān)控，然而各點的分散，距離遠近不同，監(jiān)測電能質(zhì)量的問題也根據(jù)用戶和電網(wǎng)的需要而各不相同。所以遠程化就可以適應不同層次的監(jiān)控要求，從而使電能質(zhì)量的監(jiān)控點能夠分布到電網(wǎng)中的任何地方,并且具有良好的在線功能。但遠程化必然帶來的問題就是，監(jiān)測點和監(jiān)控站之間的通信問題以及大量的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的傳輸問題都十分重要。50以電力線載波通訊為基礎實現(xiàn)了較為簡單的遠程監(jiān)控。計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展,為不同地點供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的遠程集中監(jiān)測和分析提供了有效的手段。51論述了基于internet的供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的監(jiān)測與分析系統(tǒng),主要包括利用gps授時技術(shù)進行多點同步采樣,利用windowsnt2000和iis建立網(wǎng)絡平臺,利用sqlserver數(shù)據(jù)庫管理供電網(wǎng)絡運行數(shù)據(jù),使用多種分析軟件對供電系統(tǒng)