電能質(zhì)量分析方法模板課件

1、電能質(zhì)量分析方法模板電能質(zhì)量分析方法模板2.1 概述時(shí)域仿真法：EMTP，PSCAD/EMTDC，NETOMAC，PSPICE，MATLAB頻域分析方法：頻率掃描，諧波潮流計(jì)算基于變換的方法：Fourier變換方法，短時(shí)Fourier變換方法，小波變換方法，二次變換法其他方法：數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，分形2.1 概述時(shí)域仿真法：EMTP，PSCAD/EMTDC2.1.1 時(shí)域仿真法利用各種時(shí)域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問題中的各種暫態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行研究系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序： EMTP，NETOMAC，PSCAD/EMTDC電力電子仿真程序： SPICE、PSPICE、MATLAB電力系統(tǒng)仿真軟件介紹2.1.1 時(shí)域仿真法利

2、用各種時(shí)域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問題中2.1.1 時(shí)域仿真法主要應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算系統(tǒng)中出現(xiàn)的過電壓分析其對(duì)各種保護(hù)設(shè)備的影響分析電容器投切造成的暫態(tài)現(xiàn)象 分析可控?fù)Q流器換流造成的電壓波形下陷分析電弧爐造成的電壓閃變 分析不正常接地引起的電能質(zhì)量問題 開發(fā)改善電能質(zhì)量的新型電力電子控制器2.1.1 時(shí)域仿真法主要應(yīng)用領(lǐng)域2.1.2 頻域分析法頻率掃描諧波潮流計(jì)算 在諧波分析中，線性網(wǎng)絡(luò)可用式(1)表示。 Im=YmUm m=1，2，h （1） 通過向所需研究的節(jié)點(diǎn)注入幅值為1的電流，其余節(jié)點(diǎn)的注入電流置為零，求解式(1)所得的電壓即為該節(jié)點(diǎn)的諧波輸入阻抗和相應(yīng)各節(jié)點(diǎn)問的轉(zhuǎn)移阻抗。當(dāng)注入電流的頻率在一定范

3、圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，可得相應(yīng)諧波阻抗頻率的分布圖，從圖中曲線的谷值和峰值可確定該節(jié)點(diǎn)發(fā)生串、并聯(lián)諧振的頻率。2.1.2 頻域分析法頻率掃描諧波潮流計(jì)算 在諧波分2.1.3 基于變換的方法Fourier變換方法短時(shí)Fourier變換方法小波變換方法二次變換法2.1.3 基于變換的方法Fourier變換方法2.1.4 其他方法數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分形2.1.4 其他方法數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)2.2 非正弦波的傅立葉級(jí)數(shù)分析法 理想正弦波三要素： 波形畸變的基本分析方法： 時(shí)域分析法和頻域分析法 2.2 非正弦波的傅立葉級(jí)數(shù)分析法 理想正弦波三要素： 波2.2 非正弦波的傅立葉級(jí)數(shù)分析法 畸變波形的數(shù)字特征量： 方均根值（有效值

4、）諧波含有率 2.2 非正弦波的傅立葉級(jí)數(shù)分析法 畸變波形的數(shù)字特征量：2.2 非正弦波的傅立葉級(jí)數(shù)分析法 畸變波形的數(shù)字特征量： 總諧波畸變率2.2 非正弦波的傅立葉級(jí)數(shù)分析法 畸變波形的數(shù)字特征量：2.3 諧波條件下廣義無功功率的概念 非正弦情況下的無功功率理論 無功功率理論研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 研究無功功率的目的 正弦情況下的無功功率理論 結(jié)語2.3 諧波條件下廣義無功功率的概念 非正弦情況下的無2.4 快速傅立葉變換(FFT)及有關(guān)問題傅立葉分析FFT及Shannon采樣定理FFT及有關(guān)問題(頻譜混疊、頻譜泄漏、窗函數(shù)等)2.4 快速傅立葉變換(FFT)及有關(guān)問題傅立葉分析2.4.1 傅

5、立葉分析Fourier分析是一種將信號(hào)由基于時(shí)間變換為基于頻率的數(shù)學(xué)方法優(yōu)點(diǎn)：具有正交、完備等優(yōu)點(diǎn)，并有FFT這樣的快速算法應(yīng)用于平穩(wěn)信號(hào)分析效果是令人滿意的缺點(diǎn)：Fourier 變換能分別從信號(hào)的時(shí)域和頻域觀察，不能把二者結(jié)合起來將反映暫態(tài)信息的局部特征在整個(gè)頻域內(nèi)平均掉了2.4.1 傅立葉分析Fourier分析是一種將信號(hào)由基于2.4.1 傅立葉分析 滿足 Dirichlet 條件的函數(shù)x(t) 在 0, T內(nèi)可表示為2.4.1 傅立葉分析 滿足 Dirichlet 條2.4.2 快速傅立葉變換（FFT） 令T=Nt，用求和代替積分理論誤差：頻譜混疊、頻譜泄漏、截尾誤差、離散信號(hào)的周期性頻

6、譜重復(fù)解決方法：窗函數(shù)等2.4.2 快速傅立葉變換（FFT） 令T=Nt，2.4.2 快速傅立葉變換（FFT）增加窗函數(shù)g(t-)來加以改進(jìn)運(yùn)用固定的時(shí)頻窗，在一定程度上克服了標(biāo)準(zhǔn)Fourier變換不具有局部分析能力的缺陷實(shí)質(zhì)上只是單一分辨率的分析2.4.2 快速傅立葉變換（FFT）增加窗函數(shù)g(t-)2.5 FFT的改進(jìn)算法 在分析FFT算法的基礎(chǔ)上, 首先采用線性插值原理和拋物線插值原理對(duì)模擬信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；然后采用分部積分法導(dǎo)出兩種高精度頻譜分析的基本計(jì)算公式, 并討論了這些算法的快速實(shí)現(xiàn)途徑；最后通過實(shí)例計(jì)算, 分析了所提算法的一些優(yōu)良特性。2.5 FFT的改進(jìn)算法 在分析FF

7、T算法的基礎(chǔ)上,2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT 以上即為基于線性插值原理的高精度頻譜分析的基本公式。將該算法命名為L(zhǎng)FFT。 LFFT法可完全利用現(xiàn)有任意版本的FFT計(jì)算程序只是在FFT計(jì)算結(jié)束后按該式作簡(jiǎn)單的修正即可實(shí)現(xiàn)復(fù)振幅的快速計(jì)算。其中，uk與vk均為與采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)無關(guān)的實(shí)常數(shù)，可預(yù)先算出。由此可見，同F(xiàn)FT法相比，LFFT法所增加的計(jì)算量極

8、小，但計(jì)算精度卻會(huì)有大幅度的提高。2.5.1 FFT的改進(jìn)算法之一LFFT 2.5.2 FFT的改進(jìn)算法之二PFFT2.5.2 FFT的改進(jìn)算法之二PFFT2.5.2 FFT的改進(jìn)算法之二PFFT2.5.2 FFT的改進(jìn)算法之二PFFT2.5.2 FFT的改進(jìn)算法之二PFFT2.5.2 FFT的改進(jìn)算法之二PFFT2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證

9、實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法驗(yàn)證實(shí)例2.5.3 FFT的改進(jìn)算法作業(yè)： 請(qǐng)用任何一種計(jì)算機(jī)語言（MATLAB除外）編程實(shí)現(xiàn)FFT或FFT的改進(jìn)算法，并用頻譜已知的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證，最后提交一份設(shè)計(jì)報(bào)告。2.5.3 FFT的改進(jìn)算法作業(yè)：2.6 小波變換及其在PQ分析中的應(yīng)用 小波分析的發(fā)展概況 小波變換的基本原理 小波變換在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 2.6 小波變換及其在PQ分析中的應(yīng)用 小波分析的發(fā)展概況2.6.1

10、 小波分析的發(fā)展概況 小波分析(wavelet analysis)是上世紀(jì)數(shù)學(xué)研究成果中杰出的代表之一。它作為數(shù)學(xué)學(xué)科的一個(gè)分支，汲取了現(xiàn)代分析學(xué)中諸如泛函分析、數(shù)值分析、Fourier分析、樣條分析、調(diào)和分析等眾多分支的精華。 小波分析為上世紀(jì)現(xiàn)代分析學(xué)作了完美的總結(jié)。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 小2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 在信號(hào)處理、圖像處理、模式識(shí)別、量子場(chǎng)論、天體識(shí)別、地震預(yù)報(bào)、礦產(chǎn)勘測(cè)、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)視、機(jī)器視覺、CT成像、話音識(shí)別、彩色復(fù)印、數(shù)據(jù)電視、音樂、雷達(dá)、刑事偵破等十幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中得到（或?qū)⒌玫剑V泛的應(yīng)用。2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 在2.6.1 小波分

11、析的發(fā)展概況 小波分析方法20世紀(jì)初提出，80年代中葉日趨成熟Mayer、Daubechies。 1990年，Daubechies在美國(guó)作了l0次關(guān)于小波分析的系列講座，把小波分析介紹到工程界。從此，“小波熱”就開始了，井迅速傳播到世界各國(guó)。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 小2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 小波分析是一種時(shí)域一頻域分析，它在時(shí)域一頻域同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)。它可以根據(jù)信號(hào)不同的頻率成份，在時(shí)域和空間域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密： 頻率高時(shí)，則密；頻率低時(shí)，則疏。 基于這些優(yōu)良特性，可以觀察函數(shù)、信號(hào)、圖像的任意細(xì)節(jié)，并加以分析。2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 小波分析是一2.6.1

12、 小波分析的發(fā)展概況 從而，小波分析在信號(hào)分析與重構(gòu)、信號(hào)和噪聲分離技術(shù)、特征提取、數(shù)據(jù)壓縮等工程應(yīng)用上，顯示出優(yōu)越性，而這些正是100多年來大量應(yīng)用于工程領(lǐng)域的Fourier變換所無法做到的。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況 從而，小波分2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1910年，數(shù)學(xué)家Harr提出“小波”的規(guī)范正交基，即Harr基。l938年，LittlewoodPaley提出二進(jìn)頻率分組以及對(duì)Fourier變換的相位變化本質(zhì)上不影響函數(shù)的LP理論。l975年，Calderon提出再生公式(regeneration formula)。2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1910年，數(shù)學(xué)家Harr提

13、2.6.1 小波分析的發(fā)展概況l981年，Stromber對(duì)Harr系進(jìn)行了改進(jìn)，并證明了70年前提出的Harr小波的存在。1984年，法國(guó)地球物理學(xué)家Morlet把小波分析應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)的研究，在利用小波的局部化性質(zhì)時(shí)，取得了滿意的結(jié)果。隨后，理論物理學(xué)家Grossman對(duì)Morlet的信號(hào)分解方法進(jìn)行了理論研究，提出了伸縮和平移特性。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況l981年，Stromber2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1986年，法國(guó)數(shù)學(xué)家Mayer創(chuàng)造性地構(gòu)造出了一個(gè)具有一定衰減特性的光滑函數(shù)(smooth function)，它的二進(jìn)制伸縮和平移系構(gòu)成L3(R)的規(guī)范正交基，實(shí)現(xiàn)了

14、信號(hào)在時(shí)頻空間同時(shí)局部化的正交分解。1986年，Lemarlie和Battle分別提出具有指數(shù)衰減(exponential attenuation)性質(zhì)的小波函數(shù)。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1986年，法國(guó)數(shù)學(xué)家May2.6.1 小波分析的發(fā)展概況l987年，Mallat巧妙地將計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域內(nèi)多分辨分析(multi-resolution analysis)的思想引入到小波分析中小波函數(shù)的構(gòu)成及信號(hào)按小波變換的分解及重構(gòu)。從而成功地統(tǒng)一了此前的各種具體小波函數(shù)的構(gòu)造。同時(shí)，他還研究了小波變換的離散化問題，形成了著名的Mallat塔式算法，顯著地減少了計(jì)算量，使小波分析具有明顯的工程應(yīng)用價(jià)

15、值。2.6.1 小波分析的發(fā)展概況l987年，Mallat巧妙2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1988年，另一位小波理論的奠基者、美國(guó)女?dāng)?shù)學(xué)家Daubechies構(gòu)造了具有緊支撐(compactly supported)的正交小波基，它在數(shù)字信號(hào)的小波分解過程中提供更實(shí)際、更有效的數(shù)字濾波器。她的最大貢獻(xiàn)還在于積極推動(dòng)小波理論在工程中的應(yīng)用，僅1990年一年中，她在美國(guó)作了l0次關(guān)于小波分析的講座。從此,“小波熱”就開始了，并迅速傳播到世界各國(guó)。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1988年，另一位小波理論的2.6.1 小波分析的發(fā)展概況中國(guó)學(xué)者崔錦泰和王建忠構(gòu)造了基于樣條函數(shù)的單正交小波函數(shù)，并討

16、論了具有最好局部化性質(zhì)的尺度函數(shù)與小波函數(shù)。Wicherhanser等將Mallat算法進(jìn)步深化，提出小波包算法，取得了信號(hào)的最佳時(shí)頻分解。 2.6.1 小波分析的發(fā)展概況中國(guó)學(xué)者崔錦泰和王建忠構(gòu)造了2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1995年起，華南理工大學(xué)任震教授率先開展并極力推動(dòng)小波分析在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要應(yīng)用領(lǐng)域：電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷、電力系統(tǒng)諧波分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)、抗電磁干擾、輸電線路故障定位、電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)、高壓直流輸電系統(tǒng)等。2.6.1 小波分析的發(fā)展概況1995年起，華南理工大學(xué)任2.6.2 小波分析的基本原理小波變換其

17、實(shí)質(zhì)是用一個(gè)小波基函數(shù)去表示一個(gè)能量有限的信號(hào) 小波變換具有優(yōu)良的時(shí)頻分析特性離散二進(jìn)小波變換: 將尺度因子a和平移因子b離散化為2.6.2 小波分析的基本原理小波變換其實(shí)質(zhì)是用一個(gè)小波基2.6.2 小波分析的基本原理連續(xù)小波變換二進(jìn)小波變換多分辨分析小波基小波包快速小波變換信號(hào)奇異點(diǎn)和奇異度的數(shù)值測(cè)定信號(hào)的多尺度邊緣回復(fù) 2.6.2 小波分析的基本原理連續(xù)小波變換2.6.3 WT在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 信號(hào)的分解和重構(gòu)信號(hào)和噪聲的分離技術(shù)特征提取數(shù)據(jù)的壓縮與重構(gòu)擾動(dòng)識(shí)別與（時(shí)、空）定位小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法的結(jié)合 2.6.3 WT在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 信號(hào)的分解和重構(gòu)2.6.3 WT

18、在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 張智遠(yuǎn), 李庚銀, 馮任卿. 基于小波和進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量動(dòng)態(tài)擾動(dòng)自動(dòng)識(shí)別. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 29(3): 14Li Gengyin, Zhou Ming, Zhang Zhiyuan. Power Quality Disturbance Automatic Recognition Based on Wavelet and Genetic Network. IEEE TENCON02/ Beijing, Oct.28-31, 2002 2.6.3 WT在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 張智遠(yuǎn), 李庚銀,2.6.3 WT在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 李庚銀, 周 明, 張

19、智遠(yuǎn). 基于小波變換的電能質(zhì)量動(dòng)態(tài)擾動(dòng)自動(dòng)識(shí)別與定位. 02全國(guó)高校電自專業(yè)學(xué)術(shù)論文集, 武漢: 海軍工程大學(xué), 2002.10 Li Gengyin, Zhou Ming, Zhang Zhiyuan. Research on Power Quality Disturbance Automatic Recognition and Location. IEEE PES General Meeting, Toronto, Ontario Canada, 13-18 July, 2003 2.6.3 WT在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用 李庚銀, 周 明2.7 部分參考文獻(xiàn)胡 銘，陳 珩. 電能質(zhì)量及其分析方法綜述. 電網(wǎng)技術(shù),