【正文】 電力參數(shù)計(jì)算方法的研究與應(yīng)用摘要隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力網(wǎng)容量不斷增大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度的自動(dòng)化就顯得十分重要，而數(shù)據(jù)采集又是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)，尤其是如何準(zhǔn)確、快速地采集系統(tǒng)中的各個(gè)模擬電量，一直是電力工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。交流采樣實(shí)時(shí)性好、相位失真小、投資少、便于維護(hù)，因此越來(lái)越受到人們的重視。特別是隨著計(jì)算機(jī)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，交流采樣原有的困難如算法復(fù)雜、提高精度難、對(duì)A/D的速度要求高等已逐步得到克服，所以它呈現(xiàn)出取代直流采樣的趨勢(shì)。為此，本文介紹電力系統(tǒng)中常用的交流采樣算法，如：均方根算法，遞推最小二乘法，全周波傅里葉算法等等，并分析其特點(diǎn)，以便正確選擇其使用場(chǎng)合。并且對(duì)FFT算法，小波變換以及近年才引入交流采樣算法領(lǐng)域的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行較詳細(xì)的描述和仿真實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：采樣算法；FFT；小波變換；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Electrical Power System Computational Method Research and ApplicationAbstractWith the rapid development of electric power system, power grid capacity is continuously increasing, and structure is plicated, electric power system in realtime monitoring, dispatching automation bees very important, and a data acquisition and automation of the important link, especially how to accurately and rapidly acquisition system simulation of all power, has been the focus of electric power workers. Ac sample of good realtime performance, phase distortion is small, less investment, easy to maintain, accordingly more and more attention by people. Especially along with the puter and integrated circuit technology development, the ac sample original difficult as plex algorithm and improve precision difficult, the speed of the A/D high demand has gradually be overe, so it presents to replace the trend of the sampling dc. Therefore, this paper introduces the power system monly used in ac sample algorithm such as root mean square algorithm, recursive least square method, all the ZhouBoFu leaves algorithm and so on, and analyzes its characteristics, to make the right choice to use the occasion. And in FFT algorithm, wavelet transform and in recent years was introduced into exchanges in the field of sampling algorithms BP neural network algorithm in detail description and simulation. Keywords: Sampling algorithms。 FFT。 Wavelet transform。 The BP neural network based目 錄摘要 IAbstract II1前 言 12 國(guó)內(nèi)外電力參數(shù)算法現(xiàn)狀 2 2 2 3 最大值算法 3 單點(diǎn)算法 3 半周期積分法 4 2點(diǎn)采樣 4 5 均方根法 5 遞推最小二乘算法 5 全周波付里葉算法 6 遞推付里葉算法 7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 73 幾種主要的電力參數(shù)計(jì)算方法的詳細(xì)介紹與實(shí)現(xiàn) 9 FFT算法 9 9（DIT）的FFT算法 9（DIF）的FFT算法 11 12 matlab程序編寫 13 程序驗(yàn)證 15 17 連續(xù)小波變換 17 離散二進(jìn)小波變換 18 小波變換的信號(hào)處理 18 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其原理 20 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定義 20 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其基本原理 20 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要功能 21 BP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)以及局限性 21 BP網(wǎng)絡(luò)在電力參數(shù)采樣中的應(yīng)用 22 問(wèn)題的提出 22 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近函數(shù) 22 不同頻率下的逼近效果 26 討論 274 結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29致謝 311前 言目前，我國(guó)電力事業(yè)得到蓬勃發(fā)展，從信息時(shí)代向智能時(shí)代發(fā)展，提出了智能電網(wǎng)概念。從發(fā)電、輸電、變電、配電到用電等各環(huán)節(jié)都要實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，支撐智能電網(wǎng)的運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，電力參數(shù)的數(shù)據(jù)采集是必要內(nèi)容，而其計(jì)算方法更是決定數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確可靠的重要因素[1]。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力網(wǎng)容量不斷增大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度的自動(dòng)化就顯得十分重要，而數(shù)據(jù)采集又是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)，尤其是如何準(zhǔn)確、快速地采集系統(tǒng)中的各個(gè)模擬電量，一直是電力工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著新型非線性負(fù)荷的大量增加，電力系統(tǒng)的電壓和電流波形可能發(fā)生嚴(yán)重畸變，從而給系統(tǒng)帶來(lái)大的“電網(wǎng)污染”。電力系統(tǒng)中電網(wǎng)數(shù)據(jù)的精確采集、數(shù)據(jù)處理、故障判斷已成為電網(wǎng)正確運(yùn)行的焦點(diǎn)之一。其中，電力參數(shù)的精確測(cè)量是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，根據(jù)這些參數(shù)才可判斷電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行質(zhì)量，乃至于電網(wǎng)中的故障或隱患，因此如何快速、準(zhǔn)確地采集和監(jiān)控各種電力參數(shù)顯得尤為重要[6]。所以，在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)諧波、負(fù)荷電流水平和功率因數(shù)等電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行合理的估算，并采取相應(yīng)的措施(如加設(shè)濾波和無(wú)功補(bǔ)償裝置)是非常必要的。根據(jù)采樣信號(hào)的不同，可分為直流采樣和交流采樣2大類。直流采樣是把交流電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓，這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，便于濾波，但投資較大，維護(hù)復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)采集，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。交流采樣是把交流量轉(zhuǎn)化為177。5V(或0～5V)的交流電壓進(jìn)行采集，主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，相位失真小，投資少、便于維護(hù)；其缺點(diǎn)是算法復(fù)雜，精度難以提高，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換速度要求較高。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，交流采樣以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，有逐步取代直流采樣的趨勢(shì)。2 國(guó)內(nèi)外電力參數(shù)算法現(xiàn)狀近幾年來(lái)，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通信電源監(jiān)控系統(tǒng)開始進(jìn)入實(shí)用階段。監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，而數(shù)據(jù)采集又是實(shí)現(xiàn)這一功能的最重要和最基本的環(huán)節(jié)，尤其是如何準(zhǔn)確快速地采集各個(gè)模擬量，一直是人們所關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)采樣信號(hào)的不同，采樣方法可分為直流采樣和交流采樣。直流采樣是采集經(jīng)過(guò)變送器整流后的直流量，然后由Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器送入主機(jī)，此方法軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，對(duì)采樣值只需作一次比例變換，即可得到被測(cè)量的數(shù)值，具有采樣周期短的優(yōu)點(diǎn)。因此，在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展初期，這一方法得到了廣泛的應(yīng)用。但直流采樣方法存在著以下一些不足[8]：1）具有較大的時(shí)間延遲，難以及時(shí)反應(yīng)被測(cè)量的突變，為了提高響應(yīng)速度，變送器的時(shí)間常數(shù)必須特殊設(shè)計(jì)，因而不宜普遍使用；2）變送器測(cè)量諧波有誤差；3）監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)量精度直接受變送器的精確度和穩(wěn)定性的影響。鑒于以上原因，近年來(lái)交流采樣技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。與直流采樣相比，交流采樣法具有實(shí)時(shí)性好，相位失真小，便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。其原有的一些缺點(diǎn)，比如算法復(fù)雜、精度難以提高、對(duì)Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換速度要求較高等等，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也逐步得到了彌補(bǔ)。從通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，交流采樣法正在逐步代替直流采樣。 算法是采樣的核心問(wèn)題之一，而衡量一個(gè)算法的優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)主要是精度和速度。對(duì)于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要監(jiān)測(cè)的量較多，對(duì)算法的準(zhǔn)確程度要求較高，對(duì)于速度一般只要求跟上系統(tǒng)的采樣速度即可。交流采樣的應(yīng)用范圍非常廣泛，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，其算法也有很多種，按照其模型函數(shù)，大致可分為正弦模型算法，非正弦周期模型算法。其中正弦模型算法主要有最大值算法、單點(diǎn)算法、半周期積分法、兩點(diǎn)采樣等；非正弦模型算法有均方根算法、付里葉算法等，各種算法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也不相同[9]。 最大值算法假定正弦量為純交流量，通過(guò)采集最大值即可得到有效值。設(shè)　u=Um sin(ωt+ψu(yù)) （21）則　 （22）式中　Um——同步采樣得到的電壓最大值。同樣　I= （23） 單點(diǎn)算法這種算法適用于對(duì)稱三相正弦電路，在某一時(shí)刻同時(shí)對(duì)三相線電流和線電壓采集1點(diǎn)，就可計(jì)算出各線電壓和線電流有效值、各相有功及無(wú)功功率。U= （24）其中=ωt+ψ)+ ωt+ψ120176。)+ ωt+ψ+120176。) =[3ωt+2ψ)COS(2ωt+2ψ240176。 ) COS2*(ωt+ψ+120176。)] = =3 （25）同理 I=P=[()+()+()]Q=(++) （26）其中 ()+()+()= [cos（φ+30o）cos（φ+150o）]=3sin（φ+90o）sin60o=3 cosφ=9P （27） ++=cos（φ90o）=3 sinφ=3Q （28） 半周期積分法設(shè)u=sinωt，T= （29）則A==== （210）把積分離散化，有A=