電能質(zhì)量監測的現狀及展望

2.22.2電能質(zhì)量控制策略與技術(shù)

2.2.1幾種電能質(zhì)量控制策略

① PID控制：這是應用最為廣泛的調節器控制規律，其結構簡(jiǎn)單、穩定性好、工作可靠、調整方便，易于在工程中實(shí)現。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學(xué)模型時(shí)，應用PID 控制技術(shù)最為方便。其缺點(diǎn)是：響應有超調，對系統參數攝動(dòng)和抗負載擾動(dòng)能力較差。

② 空間矢量控制：空間矢量控制也是一種較為常規的控制方法。其原理是：將基于三相靜止坐標系(abc)的交流量經(jīng)過(guò)派克變換得到基于旋轉坐標系(dq)的直流量從而實(shí)現解耦控制。常規的矢量控制方法一般采用DSP 進(jìn)行處理，具有良好的穩態(tài)性能與暫態(tài)性能。也可采用簡(jiǎn)化算法以縮短實(shí)時(shí)運算時(shí)間。

③ 模糊邏輯控制：知道被控對象精確的數學(xué)模型是使用經(jīng)典控制理論的頻域法和現代控制理論的“時(shí)域法”設計控制器的前提條件。模糊控制作為一種新的智能控制方法，無(wú)需對系統建立精確的數學(xué)模型。它通過(guò)模擬人的思維和語(yǔ)言中對模糊信息的表達和處理方式，對系統特征進(jìn)行模糊描述，來(lái)降低獲取系統動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特征量付出的代價(jià)。

④ 非線(xiàn)性魯棒控制：超導儲能裝置 (SMES)實(shí)際運行時(shí)會(huì )受到各種不確定性的影響，因此可通過(guò)對SMES的確定性模型引入干擾，得到非線(xiàn)性二階魯棒模型。對此非線(xiàn)性模型，既可應用反饋線(xiàn)性化方法使之全局線(xiàn)性化，再利用所有線(xiàn)性系統的控制規律進(jìn)行控制，也可直接采用魯棒控制理論設計控制器。

2.2.2 FACTS技術(shù)

FACTS，即基于電力電子控制技術(shù)的靈活交流輸電，是上世紀80年代末期由美國電力研究院(EPRI)提出的。它通過(guò)控制電力系統的基本參數來(lái)靈活控制系統潮流，使輸送容量更接近線(xiàn)路的熱穩極限。采用FACTS技術(shù)的核心目的是加強交流輸電系統的可控性和增大其電力傳輸能力。

目前有代表性的FACTS裝置主要有：可控串聯(lián)補償電容器、靜止無(wú)功補償器、晶閘管控制的串聯(lián)投切電容器、統一潮流控制器等。

2.2.3用戶(hù)電力(Custom Power)技術(shù)

用戶(hù)電力技術(shù)就是將電力電子技術(shù)、微處理機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等運用于中低壓配電系統和用電系統中，其目的是加強配電系統的供電可靠性，并減小諧波畸變，改善電能質(zhì)量。該技術(shù)的核心器件IGBT比GTO具有更快的開(kāi)關(guān)頻率，并且關(guān)斷容量已達MVA級，因此DFACTS裝置具有更快的響應特性。

目前主要的FACTS裝置有：有源濾波器(APF)、動(dòng)態(tài)電壓恢復器(DVR)、配電系統用靜止無(wú)功補償器(D-STATCOM)、固態(tài)切換開(kāi)關(guān)(SSTS)等。

2.3 2.3電能質(zhì)量監測裝置

由于電能質(zhì)量需要監測的量很多而且大多是高度畸變的，傳統的方法是采用模擬信號的分析，監測不同的電能質(zhì)量指標使用不同的儀表。如傳統的測量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測量功率損耗的有功表、無(wú)功表，測量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡度計、電壓波動(dòng)和閃變儀[5] 。此類(lèi)儀器的不足之處是可監測的指標少，通用性差、精度較低、自動(dòng)化程度較低。

采用微處理器為核心的新一代數字式儀表已被廣泛應用，核心由DSP(Digital Signal Proceeding)所構成。一般都可和計算機相連，構成數據處理能力較強的PC+DSP主從式結構，具有顯示、存儲、通信、人機對話(huà)等功能。對一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行監測，有較好的效果。

目前電能質(zhì)量監測設備的發(fā)展趨勢傾向于采用永久性的固定設備對現場(chǎng)數據進(jìn)行在線(xiàn)監測，對于固定電能質(zhì)量監測設備而言，需要綜合考慮成本和性能進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研制?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑娔苜|(zhì)量在線(xiàn)監測設備采用嵌入式系統和數字信號處理技術(shù)在設計上具有在線(xiàn)監測、智能化、網(wǎng)絡(luò )化、實(shí)時(shí)性好和成本低的特點(diǎn)?；陔pCPU的嵌入式系統將嵌入式DSP處理器和嵌入式微控制器相結合，通過(guò)2個(gè)CPU擴充系統資源，共同分擔系統負荷，同時(shí)DSP作為高速處理器件也利于保證系統的實(shí)時(shí)性。這種雙CPU系統結構和DSP的高速處理能力對于保證系統實(shí)現在線(xiàn)監測、智能化、網(wǎng)絡(luò )化等強大功能而又不犧牲實(shí)時(shí)性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線(xiàn)監測、精度高、升級潛力大、實(shí)時(shí)性好、體積小、成本低的特點(diǎn)，既適用于現場(chǎng)的測量分析，也適用于長(cháng)期的在線(xiàn)監測。

2.42.4電能質(zhì)量分析方法

電力系統中的各種擾動(dòng)引起的電能質(zhì)量問(wèn)題主要可分為穩態(tài)事件和暫態(tài)事件兩大類(lèi)。穩態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題以波形畸變?yōu)樘卣?，主要包括諧波、間諧波、波形下陷及噪聲等;暫態(tài)事件通常是以頻譜和暫態(tài)持續時(shí)間為特征，可分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類(lèi)[6]。

電能質(zhì)量的分析方法主要有時(shí)域仿真法、頻域分析方法和基于變換的方法。

1 時(shí)域仿真法

時(shí)域仿真方法在電能質(zhì)量分析中的應用最為廣泛，其最主要的用途是利用各種時(shí)域仿真程序對電能質(zhì)量問(wèn)題中的各種暫態(tài)現象進(jìn)行研究。對于電壓下跌、電壓上升、電壓中斷等有關(guān)電能質(zhì)量暫態(tài)問(wèn)題，由于其持續時(shí)間短、發(fā)生時(shí)間不確定、對頻域分析提出了較高的要求，較多采用時(shí)域仿真方法。

目前EMTP、EMTDC、NETOMAC等系統暫態(tài)仿真程序[7]和SPICE、PSPICE、SABER等電力電子仿真程序在研究中得到了廣泛的應用，有的已經(jīng)被做成商業(yè)軟件。

采用時(shí)域仿真計算的缺點(diǎn)是仿真步長(cháng)的選取決定了可模擬的最大頻率范圍，因此必須事先知道暫態(tài)過(guò)程的頻率覆蓋范圍。此外，在模擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)合過(guò)程時(shí)，還會(huì )引起數值振蕩。