【正文】 73 引 言 73 基于dq變換的電壓暫降檢測原理 74 單相電壓暫降的改進(jìn)檢測方法 75 方法原理 76 方法的性能分析 77 “異動”處理及低通濾波 79 仿真及分析 79 三相電壓暫降的改進(jìn)檢測方法 84 三相不平衡電壓暫降參數(shù)的檢測 84 相電壓基波分量的計(jì)算 87 仿真及分析 88 小結(jié) 91結(jié) 論 93參考文獻(xiàn) 95致 謝....…….……………………......………………………….……………………..107附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的主要學(xué)術(shù)論文目錄....………………..……………...108第1章 緒 論 課題研究的背景和意義電能的生產(chǎn)和應(yīng)用是人類歷史上最偉大的科學(xué)技術(shù)成就之一。特別是近年來，伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置投入使用，這些裝置對電能質(zhì)量的要求更為苛刻。只有快速、準(zhǔn)確地檢測出電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量問題，并對它進(jìn)行有效的分析，確定問題的類型、范圍和產(chǎn)生原因，才能對其進(jìn)行有效的控制和治理。同時(shí)，電能質(zhì)量參數(shù)的精確檢測，也有利于電能合理定價(jià)和規(guī)范電能消費(fèi)市場。數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)相對簡單，測量精度也相對精確，已成為電能質(zhì)量參數(shù)測量的主流。在三相交流電力系統(tǒng)中，各相電壓和電流應(yīng)處于幅值大小相等、相位互差120度的對稱狀態(tài)。電能質(zhì)量是一個(gè)抽象的概念，內(nèi)涵豐富，外延廣闊。世界各國制定的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是不完全相同的，但都在與國際權(quán)威組織推薦的標(biāo)準(zhǔn)積極接軌。IEEE 1159工作組從1995年開始研究電能質(zhì)量，目前制定的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有： IEEE 1159《電能質(zhì)量監(jiān)測的推薦標(biāo)準(zhǔn)》[[] IEEE Std 115921995. IEEE Remended Practice for Monitoring Electric Power Quality [S]. 1995.]、IEEE 1159. 1《各種類型電能質(zhì)量擾動事件的基本監(jiān)測要求》、IEEE1159. 2《各種類型電能質(zhì)量擾動事件的特性分析》、IEEE 《電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式》[[] IEEE Std 1159. 322003. IEEE Remended Practice for the Transfer of Power Quality Data [S]. 2003.]。 電能質(zhì)量分類及主要指標(biāo)參數(shù)總體上講，電能質(zhì)量問題可分為穩(wěn)態(tài)（SteadyState）和暫態(tài)（TransientState）兩大類。20世紀(jì)70年代至本世紀(jì)初，電力系統(tǒng)中直流輸電（DC Transmission）和柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission Systems, FACTS）不斷投入實(shí)際工程，同時(shí)非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，沖擊性、波動性負(fù)荷（例如電弧爐、大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等）大量增加，電力系統(tǒng)中諧波、間諧波，以及電壓波動與閃變現(xiàn)象日益嚴(yán)重，成為電能質(zhì)量領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容。 傳統(tǒng)（穩(wěn)態(tài)）電能質(zhì)量問題(1) 電壓偏差供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓偏差對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差（Voltage Deviation）。(2) 頻率偏差電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差（Frequency Deviation）。GB/T 155431995規(guī)定電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%。間諧波主要由靜止變頻器、感應(yīng)電動機(jī)和電弧設(shè)備等產(chǎn)生。GB 123262000中規(guī)定了10min短時(shí)間閃變水平值(Shortterm Flicker Severity Index) Pst和2h長時(shí)間閃變水平值(Longterm Flicker Severity Index) Plt兩個(gè)指標(biāo)及其限值。(2) 電壓中斷電壓均方根值降低到接近于零（IEC定義“接近于零”為“低于額定電壓的1%”，IEEE的定義為“低于額定電壓的10%”）時(shí)，稱為電壓中斷（Voltage Interruption）。(4) 瞬時(shí)脈沖瞬時(shí)脈沖（Transients Pulse）表示兩個(gè)連續(xù)穩(wěn)態(tài)之間在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的一種突變現(xiàn)象或數(shù)量變化。 電能質(zhì)量參數(shù)估計(jì)理論及算法目前已有許多針對上述電能質(zhì)量參數(shù)的估計(jì)理論和方法。αβ變換屬于定子坐標(biāo)系變換，它將交流電量從abc三相坐標(biāo)變換到αβ兩相坐標(biāo)，對于交變的工頻信號，變換后的結(jié)果仍是頻率不變的交流分量，且變換后的兩變量為正交分量。在αβ變換、dq變換的基礎(chǔ)上，1983年日本學(xué)者赤木泰文（H. Akagi）等提出瞬時(shí)無功功率理論（Instantaneous Reactive Power Theory）[[] Akagi H , Kanazawa Y, Nabae A. Instantaneous reactive power pensators prising switching devices without energy storage pensators[J]. IEEE Trans on Industry Applications, 1984, 20(3): 625630.[] Akagi H ,Sato shi Ogasawara, Hyosung Kim. The theory of instantaneous power in threephase fourwire systems: a prehensive approach[J]. IEEE Trans on Industry Applications, 1999, 1: 431439.][[] Akagi H. Trends in Active Power Line Conditioners. IEEE Trans Power Election, 1994, 9(3): 263268.][[] Akagi H, Kanazawa Y, Nabae A. Generalized theory of the instantaneous reactive power in threephase circuits. IEEE amp。dq變換還廣泛應(yīng)用于電壓暫降檢測中[[] 馮小明，楊仁剛. 動態(tài)電壓恢復(fù)器的形態(tài)學(xué)—dq變換綜合檢測算法[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)寶, 2004, 24(11): 193198.[] H. Kim, . Lee, ., Sul. A calculation for the pensation voltages in dynamic voltage restorers by use of PQR power theory[C]. Applied power electronics conference and exposition, 2004, : 573579.]。作為經(jīng)典的信號分析方法，傅里葉變換及其數(shù)字算法離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT）具有正交、完備等許多優(yōu)點(diǎn)，而且有快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）這樣的快速算法，因此，在電能質(zhì)量參數(shù)估計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。加窗插值法把時(shí)域被測函數(shù)與某種低旁瓣特性的窗函數(shù)相乘之后，再進(jìn)行DFT和其它數(shù)據(jù)運(yùn)算或處理。此外，針對故障信號中的衰減直流分量，一些文獻(xiàn)[[] Sachdev M S, Baribeau M A. A new algorithm for digital impedance relay. IEEE Trans on PAS, 1978, 97(6):18451850 [] 楊念慈，姜惠蘭. 電力系統(tǒng)頻率偏移對傅里葉算法的影響. 天津大學(xué)學(xué)報(bào). 1993，(5)：916 [] 周大敏. 遞推富氏算法中衰減非周期分量的消除方法. 繼電器，1998，26(5): 57, 11]提出了提取信號中基波分量（幅值恒定時(shí)）的DFT改進(jìn)算法。目前這種方法主要用來分析非整數(shù)次諧波，并且在短數(shù)據(jù)窗下的諧波分析效果也不錯(cuò)。特殊參數(shù)模型假定信號為一些指數(shù)信號的線性組合，又稱為指數(shù)模型，主要包括Prony法和擴(kuò)充Prony法。文獻(xiàn)[[] T. Lobos, Z. Leonowicz, J. Rezmer. Harmonics and Interharmonics Estimation Using Advanced Signal Processing Methods. IEEE Int. Conf. Harmonics and Quality of power. 2000, 1(5)：335340.]論述了應(yīng)用現(xiàn)代譜估計(jì)諧波、間諧波的原理和實(shí)現(xiàn)方法。文獻(xiàn)[[] 高培生，谷湘文，吳為麟．基于求根多重信號分類和遺傳算法的諧波間諧波頻譜估計(jì). 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2008，23(6): 109113.]結(jié)合RootMUSIC算法和遺傳算法進(jìn)行諧波、間諧波的頻譜估計(jì)，使用有限長度的數(shù)據(jù)可得到較好的估計(jì)效果，且具有一定抗噪能力。 楊芳，等. 基于四階累積量的多信號分類法間諧波檢測研究[J]. 繼電器，2008, 36(7): 1923, 28.]采用四階累積量定義的矩陣代替?zhèn)鹘y(tǒng)二階MUSIC法中的自相關(guān)矩陣作特征值分解，獲得諧波源的功率譜和頻率，再用Prony方法計(jì)算出幅值，有效地抑制高斯有色噪聲，改善了譜估計(jì)性能。必須采取新的非平穩(wěn)信號分析方法，即時(shí)－頻分析（TimeFrequency Analysis）方法，也稱時(shí)－頻局部化（TimeFrequency Localization）方法。即將非平穩(wěn)信號看作是一系列短時(shí)平穩(wěn)信號的疊加，而短時(shí)性則通過時(shí)間窗來獲得。也就是說，短時(shí)傅里葉變換實(shí)質(zhì)上是具有單一分辨率的分析，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（如暫態(tài)電能質(zhì)量現(xiàn)象）。 Bollen, . Timefrequency and timescale domain analysis of voltage disturbances[J]. IEEE Trans on Power Delivery, 2000, 15(4):12791284]嘗試?yán)貌煌瑢挾菻amming窗的STFT檢測電壓暫降信號的各頻率分量頻譜特征；針對STFT窗口寬度選擇和定位的困難，文獻(xiàn)[[] 趙成勇，何明鋒. 基于特定頻帶的短時(shí)傅里葉分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2004，28(14):4144.]利用小波多分辨率分析確定暫態(tài)信號的主要頻率范圍，在此基礎(chǔ)上確定STFT的時(shí)窗中心和合適的窗寬，再以STFT估計(jì)暫態(tài)信號中主要諧波頻率分量的頻率和幅值；文獻(xiàn)[[] 劉俊，戴本祁，王之悅. 基于小波和短時(shí)傅里葉變換的電網(wǎng)諧波分析[J]. 繼電器，2007，35(23): 5559.]先通過小波變換分離出基波和各次諧波，然后采用短時(shí)傅里葉變換計(jì)算出基波和各次諧波的幅值、頻率和相位；文獻(xiàn)[[] 江亞群。 二次變換二次變換（Quadratic Transform，QT）是一種基于能量角度來考慮的時(shí)頻變換方法[[] Hlawatsch F, BoudreauxBartels G F. Linear and quadratic timefrequency signal representations. IEEE Signal Processing Magazine, 1992, 9(2): 2167.]，其基本思想是設(shè)計(jì)時(shí)間和頻率的聯(lián)合函數(shù)，用它同時(shí)描述信號在不同時(shí)間和頻率的能量密度或強(qiáng)度。文獻(xiàn)[[] 樊榮. 基于Wigner分布和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的諧波分析方法. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2008(12): 910]先將信號分解為一系列固有模態(tài)函數(shù)，然后分別對單個(gè)固有模態(tài)函數(shù)進(jìn)行Wigner分布，對含多分量諧波的信號分析具有很好的時(shí)頻聚集性，且能較好地抑制交叉項(xiàng)的干擾。小波變換在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率。文獻(xiàn)[[] 周文暉，李青．采用小波變換的電能質(zhì)量暫態(tài)干擾檢測．科技通報(bào)，2002，18(3)：208212．]提出采用小波多分辨率信號分解的電能質(zhì)量暫態(tài)干擾檢測方法；文獻(xiàn)[[] 齊澤鋒，趙瑞娜，談順濤等．基于短時(shí)李氏指數(shù)的電能質(zhì)量擾動檢測仿真研究. 電力自動化設(shè)備，2002，22(1)：2931．]應(yīng)用電壓的短時(shí)李氏指數(shù)反映電壓變化的這一特征來確定電能質(zhì)量擾動的發(fā)生、恢復(fù)時(shí)刻，并給出了短時(shí)李氏指數(shù)的計(jì)算算法；文獻(xiàn)[[] 嚴(yán)居斌，劉曉川，楊洪耕，張　斌．基于小波變換模極大值原理和能量分布曲線的電力系統(tǒng)短期擾動分析．電網(wǎng)技術(shù)，2002，26(4)：1619]用小波變換能量分布曲線來識別電壓上凸、電壓下凹、短時(shí)停電，用小波變換模極大值原理進(jìn)行電壓暫降、暫升、短時(shí)中斷等電力系統(tǒng)短期擾動定位和確定擾動持續(xù)時(shí)間；文獻(xiàn)[[] 李天云，范廣良，陳曉東等. ，2003,24(5):912.]基于小波奇異性理論提出了用db1小波對電能質(zhì)量擾動檢測識別的一種方法；文獻(xiàn)[[] ．電力系統(tǒng)自動化，2003，27(22)：2629]提出用雙小波法對各種擾動進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)定位；文獻(xiàn)[[] ，2004，23(5):5557]提出采用meyer小波變換對電能質(zhì)量擾動信號進(jìn)行檢測與時(shí)頻分析；文獻(xiàn)[[] 林軼群，林奇峰．基于小波多孔算法的暫態(tài)電能質(zhì)量檢測方法．中國電力，2002，85(10)：5457]提出在使用小波多孔算法基礎(chǔ)上使用尺度相關(guān)檢測法實(shí)現(xiàn)對暫態(tài)電能質(zhì)量問題的監(jiān)測；文獻(xiàn)[[] Angrisani L,daponte P,et al. A new Wavelet Transform based Procedure for Electrical Power Quality Analysis. the 1996 IEEE Harmonics and Quality of Power,Las Vegas,USA,1996:608614]結(jié)合離散小波變換和多分辨信號重構(gòu)，檢測、定位和估計(jì)擾動和故障分量，且能利用較少的特征信息對擾動