基于電能質(zhì)量監測的研究分析

　　2.2.2FACTS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(CustomPower)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。

　　2.32.3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(DigitalSignalProceeding)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。

　　2頻域分析法

　　頻域分析方法主要用于電能質(zhì)量穩態(tài)問(wèn)題。比如諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡等。相對于暫態(tài)問(wèn)題，此類(lèi)事件具有變化相對較慢、持續事件較長(cháng)等特點(diǎn)。對稱(chēng)分量法是最常用的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是概念清晰、建模簡(jiǎn)單、算法成熟，但耗時(shí)長(cháng)。

　　頻域分析方法主要包括頻率掃描、諧波潮流計算和混合諧波潮流計算等，該方法多用于電能質(zhì)量中諧波問(wèn)題的分析。

　　頻率掃描和諧波潮流計算在反映非線(xiàn)性負載動(dòng)態(tài)特性方面有一定局限性，因此混合諧波潮流計算法在近些年中發(fā)展起來(lái)。其優(yōu)點(diǎn)是可詳細考慮非線(xiàn)性負載控制系統的作用，因此可精確描述其動(dòng)態(tài)特性。缺點(diǎn)是計算量大，求解過(guò)程復雜。

　　3基于變換的方法

　　在電能質(zhì)量分析領(lǐng)域中廣泛應用的基于變換的方法主要有復立葉變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、二次變換、小波變換和Prony分析等5種方法。

　　(1)傅立葉變換

　　傅立葉變換是電能質(zhì)量分析領(lǐng)域中的基本方法，傅立葉變換的優(yōu)點(diǎn)是算法快速簡(jiǎn)單。但其缺點(diǎn)也很多：

　?、匐m然能夠將信號的時(shí)域特征和頻域特征聯(lián)系起來(lái)觀(guān)察，但不能將二者有機地結合起來(lái)。

　?、谥荒苓m應于確定性的平穩信號(如諧波)，對時(shí)變非平穩信號難以充分描述。

　?、鄱虝r(shí)傅立葉變換(STFT)的離散形式?jīng)]有正交展開(kāi)，難以實(shí)現高效算法;只適合于分析特征尺度大致相同的過(guò)程，不適合分析多尺度過(guò)程和突變過(guò)程。

　?、芸焖俑盗⑷~變換(FFT)變換的時(shí)間信息利用不充分，任何信號沖突都會(huì )導致整個(gè)頻帶的頻譜散布;在不滿(mǎn)足前提條件時(shí)，會(huì )產(chǎn)生“旁瓣”和“頻譜泄露”現象。

　　傅立葉變換是經(jīng)典的頻譜分析和信號處理方法。其對含有短時(shí)高頻分量與長(cháng)時(shí)間低頻分量的電能質(zhì)量信號分析具有一定的局限性。目前經(jīng)改進(jìn)的快速傅立葉變換(FFT)和(STFT)已經(jīng)成為電能質(zhì)量分析的基礎。

　　(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )理論是巨量信息并行處理和大規模平行計算的基礎，它既是高度非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統，又是自適應組織系統，可用來(lái)描述認知、決策及控制的智能行為。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法的優(yōu)