【正文】 Active Power Filter，APF）中諧波和無功功率的實(shí)時(shí)檢測(cè)[[] Vasco Socares, Pedro Verdelho, Gil D Marques. An instantaneous active and reactive current ponent method for active filters[J]. IEEE Trans on Power Electronics, 2000, 15(4): 660669.[] Fang Zheng Peng, Jin Sheng Lai. Generalized instantaneous reactive power theory for threephase power systems[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1996, 45(1): 293297. [] Fang Zheng Peng, Heorge WOtt , Donald J Adams. Harmonic and reactive power pensation based on the generalized instantaneous reactive power theory for threephase fourwire systems [J]. IEEE Trans on Power Electronics, 1998, 13(6): 11741181.]，其實(shí)現(xiàn)方法主要為兩種：pq法[12]和ipiq法[[] Takeda M，Ikeda K，Teramoto A，et al．Harmonic current and reactive power pensation with an active filter[C]．IEEE PESC’98，F(xiàn)ukuhoKa，Japan，1998：11741179．]。 時(shí)域分析方法這里的時(shí)域分析（Time Domain Analysis）方法主要指基于各種矢量變換和瞬時(shí)無功功率理論的電能質(zhì)量參數(shù)估計(jì)方法。IEC定義長(zhǎng)時(shí)間中斷持續(xù)時(shí)間最少為3min，小于3min的中斷為短時(shí)間中斷；IEEE標(biāo)準(zhǔn)[]則將大于1min的中斷定義為長(zhǎng)時(shí)間中斷。(3) 電壓波動(dòng)與閃變電壓波動(dòng)（Voltage Fluctuation）是電壓均方根值一系列相對(duì)快速變動(dòng)或連續(xù)改變的現(xiàn)象，其變化周期大于工頻周期，其電壓幅值的變化通常為額定值的90%～110%。(3) 電壓三相不平衡三相電壓不平衡度是衡量三相系統(tǒng)電壓不平衡（Voltage Unbalance）的特征指標(biāo)。近年來，隨著社會(huì)信息化的日益發(fā)展，數(shù)字式自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用，如變頻調(diào)速設(shè)備，可編程邏輯控制器、各種自動(dòng)生產(chǎn)線以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等敏感性用電設(shè)備的大量使用，電壓暫降、電壓暫升、瞬時(shí)電壓中斷和各種暫態(tài)擾動(dòng)等暫態(tài)電能質(zhì)量問題也已引起相關(guān)人員的廣泛關(guān)注和高度重視。以IEC和我國(guó)為例，電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定就過于簡(jiǎn)單和籠統(tǒng)。 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保護(hù)電氣環(huán)境、保障電力用戶正常使用電能的基本技術(shù)規(guī)范，是實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)督管理，推廣電能質(zhì)量控制技術(shù)，維護(hù)供用電雙方合法權(quán)益的依據(jù)。 電能質(zhì)量及其主要指標(biāo)參數(shù) 電能質(zhì)量概述電能質(zhì)量，是指通過公用電網(wǎng)供應(yīng)給用戶端的交流電能的品質(zhì)。電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量是電能質(zhì)量檢測(cè)的重要內(nèi)容，也是電能質(zhì)量深層次分析的基礎(chǔ)。電力作為目前最清潔和使用最方便的二次能源，在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用；電能作為一種特殊的商品，其質(zhì)量將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體效益和人民生活質(zhì)量產(chǎn)生越來越大的影響。本文提出的電能質(zhì)量參數(shù)估計(jì)理論和系列算法，為電能質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)和離線分析提供了有效的工具。針對(duì)非擾動(dòng)情況下電力信號(hào)周期交替變化引起的背景梯度，提出了基于TopHat形態(tài)變換的抑制方法，針對(duì)噪聲引起的背景梯度，構(gòu)造了合適的形態(tài)濾波器，提高了擾動(dòng)檢測(cè)的靈敏度。算法根據(jù)正余弦函數(shù)的特性，將各次諧波分量變換成直流分量，經(jīng)由低通濾波后估計(jì)其有效值和初相角；從原信號(hào)中去除基波和諧波分量，再通過搜尋頻譜極大值獲取間諧波頻率及有效值和初相角?！滩槐Ｃ堋酢２┦繉W(xué)位論文電能質(zhì)量參數(shù)檢測(cè)算法的研究Research on estimating algorithms of power quality indicesbyJIANG Yaqun. (Hunan University) 1994. (Hunan University) 2000A dissertation submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofDoctor of EngineeringinElectrical Engineeringin theGraduate SchoolofHunan UniversitySupervisorProfessor HE YigangMay, 2009LXXIII湖 南 大 學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日IX博士學(xué)位論文摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電能質(zhì)量問題正受到越來越多的關(guān)注。算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，精度高，動(dòng)態(tài)跟蹤特性好，適合于離散頻譜電壓、電流信號(hào)的諧波、間諧波參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)。6）提出了基于順序形態(tài)學(xué)和TopHat形態(tài)變換的擾動(dòng)檢測(cè)方法，既可有效抑制信號(hào)平穩(wěn)變化引起的背景梯度，又具有較好的抗噪聲能力，同時(shí)很好地保留了擾動(dòng)信號(hào)突變的局部細(xì)節(jié)，保證了擾動(dòng)檢測(cè)靈敏度和時(shí)間定位精度。仿真研究驗(yàn)證了所提算法的可行性和有效性；算法已成功應(yīng)用于“基于虛擬儀器技術(shù)的電能質(zhì)量綜合測(cè)試儀”的研制和開發(fā)中。隨著工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的用電量不斷增加，電氣化程度越來越高，新工藝、新技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)方面，越來越多的用戶采用了性能好、效率高但對(duì)電源特性變化敏感的高科技設(shè)備，電力用戶對(duì)電能質(zhì)量（Power Quality）的要求在不斷提高。通過對(duì)電力信號(hào)波形的測(cè)量分析，提取各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地掌握電網(wǎng)的供電和用電狀況，便于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，有利于保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高質(zhì)運(yùn)行；可以及時(shí)捕捉各種電能質(zhì)量擾動(dòng)，提供擾動(dòng)幅度和持續(xù)時(shí)間等信息，便于電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)控制；可以對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平進(jìn)行評(píng)估，對(duì)造成電能質(zhì)量下降的原因做出分析，為供電部門或電力用戶判斷和改善電能質(zhì)量提供依據(jù)。為保證安全、經(jīng)濟(jì)地輸送、分配和使用電能，一個(gè)理想的電力系統(tǒng)應(yīng)以恒定的頻率（我國(guó)為50Hz）和正弦波形，按規(guī)定的電壓水平（標(biāo)稱電壓）對(duì)用戶供電，且各個(gè)運(yùn)行參數(shù)不受用電負(fù)荷特性的影響。近幾十年來，許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)制定了比較完備的電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)?；谶@種情況，國(guó)內(nèi)外正在加快電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定步伐，我國(guó)己經(jīng)著手進(jìn)行《電能質(zhì)量 檢測(cè)設(shè)備通用要求》和《電能質(zhì)量 電壓暫態(tài)和短時(shí)斷電》標(biāo)準(zhǔn)制定工作。根據(jù)我國(guó)電能質(zhì)量研究的發(fā)展歷程和電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及歐美國(guó)家的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，本文將電能質(zhì)量問題分為傳統(tǒng)（穩(wěn)態(tài)）電能質(zhì)量問題、現(xiàn)代（穩(wěn)態(tài)）電能質(zhì)量問題和（當(dāng)代）暫態(tài)電能質(zhì)量問題，其相關(guān)電能質(zhì)量現(xiàn)象及指標(biāo)參數(shù)表述如下。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，電量的負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度。閃變（Flicker）是人的視覺所覺察到的由電壓波動(dòng)引起的燈光照度變化。(3) 電壓暫升電壓暫升（Voltage Swell）是電壓有效值升高至額定值的110％以上，典型值為110%～180％，～60秒。在電氣工程中常用的矢量變換有αβ變換、dq變換、對(duì)稱分量變換等。通過構(gòu)造虛擬的三相系統(tǒng)，可以把瞬時(shí)無功功率理論應(yīng)用到單相電路中[[] 劉進(jìn)軍，劉波，王兆安. 基于瞬時(shí)無功功率理論的串聯(lián)混合型單相電力有源濾波器. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1997, 17(1): 37～41[] 楊君, 王兆安, 丘關(guān)源. 單相電路諧波及無功電流的一種檢測(cè)方法. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 1996, 11(3): 42～46]。1975年John C Burges、1983年Thomas Grandke等采用加窗插值法對(duì)分別加矩形窗[[] Burgess J C. On digital spectrum analysis of periodic signals. J. Acoust. Soc. Am, 1975, 58(3): 5667[] Grandke T. Interpolation Algorithms for Discrete Fourier transforms of Weighted Signals. IEEE Transactions on IM, 1983, 32(2): 350355]的DFT頻譜分析結(jié)果進(jìn)行校正，提高了高次諧波的分析精度，隨后大量文獻(xiàn)[[] Harris F J, On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier transform, Proc IEEE，1978，66(1):5183[] V. K. Jain, W. L. Collins, D. C. Davis. High accuracy analog measurements via interpolated FFT, IEEE Trans. IM, 1979, 28(2):113122 [] Andria G，Savino M，Trotta A. Windows and interpolation algorithms to improve electrical measurement accuracy. IEEE Tans on IM, 1989, 38(4): 856863 [] Micheletti R. Phase Angle Measurement between Two Sinusoidal Signals. IEEE Trans on IM, 1991, 40(1): 8291 [] Carlo Offelli, Dario Petri. The Influence of Windowing on the Accuracy of Multi Frequency Signal Parameter Estimation. IEEE Trans on IM. 1992, 41(2): 256261 [] P M Xu. A Method of Improving the Accuracy of FFT Linear Spectrum. In: Proceedings of the Fifth International Conference on Condition Monitoring (Condition Monitoring’97). Beijing: National Defense Industry Press 1997, 291295 [] Heydt G T, Fjeld P S, Liu C C, et al. Applications of the windowed FFT to electric power quality assessment. IEEE Trans on Power Delivery, 1999, 14(4): 14111416 [] 趙文春，馬偉明，胡安. 電機(jī)測(cè)試中諧波分析的高精度FFT算法. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2001, 21(12): 8387, 92]在窗函數(shù)選擇和插值算法實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行了研究。現(xiàn)代譜分析方法利用一些有關(guān)信號(hào)本身的知識(shí)，對(duì)被窗函數(shù)所截取的有限信號(hào)以外進(jìn)行某種預(yù)測(cè)或外推，從而提高了譜的分辨率和譜的真實(shí)程度?，F(xiàn)代譜估計(jì)主要應(yīng)用在諧波及間諧波的檢測(cè)方面[[] Zbigneiew Leonowicz, Tadeusz Lobos, Jacek Rezmer. Adcanced Spectrum Estimation Methods for Signal Analysis in Power Electronics. IEEE Trans on Industrial Electronics. 2003, 50(3)：514519. ]。 周念成。 短時(shí)傅里葉變換短時(shí)傅里葉變換（ShortTime Fourier Transform，STFT）又稱加窗傅里葉變換（Windowed Fourier Transform），其基本思想是：將信號(hào)劃分為許多小的時(shí)間間隔，用傅里葉變換分析每一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)，以便確定該時(shí)間間隔內(nèi)存在的頻率。文獻(xiàn)[[] Gu, .。文獻(xiàn)[[] 樂葉青, 徐政. 平滑偽WignerVille分布在電力系統(tǒng)諧波和電壓變動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 繼電器 , 2006, 34(16): 3943, [] 樂葉青，徐政. 基于時(shí)頻分布的電能質(zhì)量交叉擾動(dòng)檢測(cè)[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2007, 19(6): 114117]針對(duì)電壓驟降和諧波交叉出現(xiàn)的情況，利用WVD改進(jìn)算法估計(jì)諧波、間諧波的幅值與頻率，以及電壓驟降的起止時(shí)間和電壓驟降后的基波電壓幅值。許多文獻(xiàn)應(yīng)用小波變換進(jìn)行電能質(zhì)量擾動(dòng)的檢測(cè)、定位、分類。小波在頻率、諧波、間諧波、閃變估計(jì)中的應(yīng)用也引起了許多學(xué)者的關(guān)注。 小波變換小波分析（Wavelet Transform）是一種新型的時(shí)頻分析工具，它給信號(hào)加上了一個(gè)時(shí)頻可變的窗口，可以根據(jù)頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)窗口的大小