【正文】 er quality assessment. IEEE Trans on Power Delivery, 1999, 14(4): 14111416 [] 趙文春，馬偉明，胡安. 電機測試中諧波分析的高精度FFT算法. 中國電機工程學(xué)報, 2001, 21(12): 8387, 92]在窗函數(shù)選擇和插值算法實現(xiàn)等方面進(jìn)行了研究。在電氣工程中常用的矢量變換有αβ變換、dq變換、對稱分量變換等。閃變（Flicker）是人的視覺所覺察到的由電壓波動引起的燈光照度變化。根據(jù)我國電能質(zhì)量研究的發(fā)展歷程和電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)以及歐美國家的電能質(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。近幾十年來，許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)制定了比較完備的電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)。通過對電力信號波形的測量分析，提取各項技術(shù)指標(biāo)，可以實時準(zhǔn)確地掌握電網(wǎng)的供電和用電狀況，便于電網(wǎng)運行狀態(tài)的自動調(diào)節(jié)，有利于保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高質(zhì)運行；可以及時捕捉各種電能質(zhì)量擾動，提供擾動幅度和持續(xù)時間等信息，便于電能質(zhì)量補償裝置的設(shè)計與實時控制；可以對電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平進(jìn)行評估，對造成電能質(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)。仿真研究驗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)量綜合測試儀”的研制和開發(fā)中。算法實現(xiàn)簡單，精度高，動態(tài)跟蹤特性好，適合于離散頻譜電壓、電流信號的諧波、間諧波參數(shù)實時估計。博士學(xué)位論文電能質(zhì)量參數(shù)檢測算法的研究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)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。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)由低通濾波后估計其有效值和初相角；從原信號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。本文提出的電能質(zhì)量參數(shù)估計理論和系列算法，為電能質(zhì)量實時檢測和離線分析提供了有效的工具。電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)的測量是電能質(zhì)量檢測的重要內(nèi)容，也是電能質(zhì)量深層次分析的基礎(chǔ)。 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)。近年來，隨著社會信息化的日益發(fā)展，數(shù)字式自動控制技術(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、各種自動生產(chǎn)線以及計算機系統(tǒng)等敏感性用電設(shè)備的大量使用，電壓暫降、電壓暫升、瞬時電壓中斷和各種暫態(tài)擾動等暫態(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。(3) 電壓波動與閃變電壓波動（Voltage Fluctuation）是電壓均方根值一系列相對快速變動或連續(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%。 時域分析方法這里的時域分析（Time Domain Analysis）方法主要指基于各種矢量變換和瞬時無功功率理論的電能質(zhì)量參數(shù)估計方法。工程中嚴(yán)格實現(xiàn)同步采樣十分困難，為減小頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響，提高檢測精度，常采用加窗、插值及頻譜校正等改進(jìn)算法。典型的有Capon提出的最小方差法、Kay提出的迭代濾波法、以及MUSIC（Multiple Signal Classification）方法等[[] Marple S. L. Digital Spectral Analysis with Applications. PrenticeHall, 1987]。用于電能質(zhì)量分析的信號時頻分析方法很多，其中典型的有短時傅里葉分析、WingerVille分布、小波分析、S變換和HilbertHuang變換等。文獻(xiàn)[[] Poission Q, Rioual P, Meunier M. New signal processing tools applied to power quality analysis[J]. IEEE Trans on Power Delivery, 1999, 14(2): 561566.]提出了一種基于二次變換的信號處理工具－平滑偽WignerVille分布（Smoothed Pseudo WVD, SPWVD），它與可分離的Hamming時窗及Hamming頻窗結(jié)合進(jìn)行電能質(zhì)量分析，不僅可以準(zhǔn)確地測量基波和諧波分量的幅值，還能準(zhǔn)確地檢測到信號發(fā)生尖銳變化的時刻。由于小波變換是以頻帶的方式處理頻域信息且不需要整周期采樣，故與傅里葉變換相比，在一定的條件下，可獲得較為穩(wěn)定的諧波檢測結(jié)果。 傅成華。因此，頻域分析方法只適用于平穩(wěn)信號和穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題的分析，對時變非平穩(wěn)信號難以充分描述。參數(shù)模型法包括有理參數(shù)模型和特殊參數(shù)模型。 頻域分析方法頻域分析（Frequency Domain Analysis），或頻譜分析（Spectrum Analysis）方法主要包括傅里葉變換及其改進(jìn)算法、現(xiàn)代譜分析方法等。(5) 電壓切痕電壓切痕（Voltage Notch）。GB/T 145491993標(biāo)準(zhǔn)將各次諧波含有率（Harmonic Ratio, HR）和總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion, THD）作為衡量諧波的指標(biāo)。它是電能質(zhì)量的主要方面，影響范圍廣，程度深；人們對它的認(rèn)識和研究可分為兩個階段。由于系統(tǒng)各元件（發(fā)電機、變壓器、線路等）參數(shù)并不是理想線性和對稱的，加之調(diào)控手段的不完善、負(fù)荷性質(zhì)各異且其變化的隨機性以及運行操作、各種故障等原因，這種理想狀態(tài)在實際中并不存在，因此就產(chǎn)生了電能質(zhì)量問題（Power Quality Problem）。與此同時，現(xiàn)代電力系統(tǒng)（Power System）中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，諸如半導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負(fù)荷迅速發(fā)展，電網(wǎng)（Power Network）中非線性（Nonlinear）、波動性（Fluctuant）、沖擊性（Impulsive）、不平衡性（Unbalanced）負(fù)荷（Load）所占比重增大，這些負(fù)荷和其它許多新型的電氣設(shè)備在其運行中會向電力系統(tǒng)注入各種電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI），對電力系統(tǒng)的安全運行和用電設(shè)備的正常工作造成的危害與影響不斷增加，電能質(zhì)量問題日益突出，引起電力部門和電力用戶的高度重視，促使電力及相關(guān)部門采取積極有效的措施來保證電網(wǎng)高質(zhì)量電能的供應(yīng)。分析了單相電壓暫降檢測時“異動”現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，提出了基于形態(tài)運算的解決方法。本文依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合電能質(zhì)量研究現(xiàn)狀和工程實際需要，應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)及電力系統(tǒng)自動化技術(shù)，研究電能質(zhì)量中最重要和最受關(guān)注的指標(biāo)參數(shù)的測量理論和估計算法。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。4）應(yīng)用數(shù)字圖像處理理論，采用圖像邊緣形態(tài)檢測算子，實現(xiàn)了暫態(tài)電能質(zhì)量擾動的檢測和時間定位。 Detection。但隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，越來越多的測試儀器應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)。IEC 61000系列標(biāo)準(zhǔn)[[] IEC 610002221 (1990). Electromagnetic Compatibility (EMC)Part 2 Environment. Section 1: Description of the Environment Electromagnetic Environment for LowFrequency Conducted Disturbances and Signaling in Public Power Supply System [S]. 1990.]包括6個部分：IEC 6100021《總論》、IEC 6100022《環(huán)境》、IEC 6100023《限值》、IEC 6100024《試驗和測量技術(shù)》、IEC 6100025《安裝和抑制導(dǎo)則》、IEC 6100026《雜項》。另外，《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》依據(jù)國標(biāo)的限值定義了電壓合格率。電壓暫降幅值：電壓暫降時的電壓均方根值與額定電壓均方根值的比值；電壓暫降持續(xù)時間：暫降從發(fā)生到結(jié)束之間的時間；相位跳變：電壓暫降伴隨的電壓相位的突然改變，產(chǎn)生原因是因系統(tǒng)和線路的電抗與電阻的比值（X/R）不同，或不平衡暫降向低壓系統(tǒng)傳遞引起的。在電能質(zhì)量分析和控制中，往往通過矢量變換使問題得到簡化[[] 王麗，劉會金，王陳. 瞬時無功功率理論的研究綜述[J]. 高電壓技術(shù), 2006, 32(2): 98103]。在加窗插值DFT算法的基礎(chǔ)上，近年來，我國學(xué)者丁康、謝明等對頻譜校正進(jìn)行了進(jìn)一步研究，提出了多種新的實現(xiàn)方法 [[] 丁康，謝明. 提高FFT和譜分析速度及精度的方法. 重慶大學(xué)學(xué)報，1992，15(2)：5157[] Xie Ming, Ding Kang. Correction for the Frequency, Amplitude and Phase in FFT of Harmonic Signal. Mechanical System and Signal Processing. 1996, 10(2): 211221[] 謝明，丁康，莫克斌. 頻譜校正時譜線干涉的影響和判定方法. 振動工程學(xué)報，1998，11(1)：2228 [] 謝明，丁康，莫克斌. 兩個密集頻率成分重疊頻譜的校正方法. 振動工程學(xué)報，1999，12(1)：109114[] 朱利民，鐘秉林，黃仁. 離散頻譜多點卷積幅值修正法的理論分析. 振動工程學(xué)報，1999，12(1)：120125 [] 丁康，張小飛. 頻譜校正理論的發(fā)展. 振動工程學(xué)報，2000，13(1)：1422[] 朱利民，熊有倫. 一個通用的頻譜誤差校正快速算法. 振動工程學(xué)報，2001，14(2)：166171 [] 徐培民，楊積東，聞邦春. 離散頻譜分析中兩鄰近譜峰參數(shù)的識別. 振動工程學(xué)報，2001，14(3)：254258 [] 丁康，鐘舜聰，朱小勇. 離散頻譜相位差校正方法研究. 振動與沖擊，2001，20(2)：5255]。文獻(xiàn)[[] 丁屹峰，程浩忠，呂干云，等. 基于Prony算法的諧波和間諧波頻譜估計[J]. 電工技術(shù)學(xué)報，2005，20(10): 9497.]用Prony算法實現(xiàn)諧波、間諧波分析建模，可以準(zhǔn)確估計各分量的頻率、幅值和相角，但抗干擾性較差；文獻(xiàn)[[] Q S, Willis A J. Fast root MUSIC algorithm[J]. Electronics Letters, 1997, 33(6): 450451.]提出了一種RootMUSIC快速算法。對應(yīng)一定的時刻，只能對其附近窗口內(nèi)的信號進(jìn)行分析，若選擇的時間窗窄，則時間分辨率高，頻率分辨率低；而如果為了提高頻率分辨率使時間窗變寬，則短時平穩(wěn)假設(shè)的近似程度便會變差。原則上講，傳統(tǒng)上使用Fourier分析的地方，都可以用小波分析取代。由于這些特點，使得小波變換特別適合于突變信號和不平穩(wěn)信號的分析。而且這種方法的離散形式?jīng)]有正交展開，難以實現(xiàn)高效算法。文獻(xiàn)[[] 馬秉偉, 劉會金, 周莉, 崔福鑫. 一種基于自回歸模型的間諧波譜估計的改進(jìn)算法[J]. 中國電機工程學(xué)報 , 2005, 25(15): 7983., [] 馬秉偉，周莉，刁均偉. 基于現(xiàn)代譜估計方法的間諧波檢測，繼電器，2005，33(3): 2527.]采用AR模型和Burg算法在較短的采樣時間內(nèi)較正確地檢測出頻率鄰近的間諧波成分和多個間諧波分量。 現(xiàn)代譜分析方法通常將以傅里葉分析為理論基礎(chǔ)的譜分析方法稱為經(jīng)典譜分析，而將不同于傅里葉分析的譜分析方法稱為現(xiàn)代譜分析[[] Childer D. G. Modern Spectrum Analysis. IEEE Press, 1978 [] Kay S. M, Marple S. L. Spectrum Analysis—A Modern Perspctive. Proc IEEE, 1981,69 (11): 13801419 [] Kesler S. B. Modern Spectrum Analysis II . IEEE Press, 1986]。 JIEE, 1983: 13751386.]，將三相電路各相電壓和電流瞬時值變換到αβ兩相正交的坐標(biāo)系上研究，并定義了三相電路瞬時有功功率、瞬時無功功率。電壓中斷分為長時間中斷和短時間中斷。GB/T 159451995中規(guī)定電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為177。我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局（原國家標(biāo)準(zhǔn)局）至2003年底，頒布了六項標(biāo)準(zhǔn)[[] GB 12325 2003. 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差[S]. 1990.[] GB /T 15945 1