【文章內(nèi)容簡介】 （ 3）分析各種電能質(zhì)量控制裝置在解決相關(guān)問題方面的作用； （ 4）多 種 控制裝置的協(xié)調(diào)以及與其他控制器的綜合控制等問題。 目前所采用的方法有三種： （ 1）時域仿真方法，該方法在電能質(zhì)量分析仲應(yīng)用最為廣泛，其主要的用途是利用各種時域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問題中的各種暫態(tài)現(xiàn)象迸行研究。目前較通用的 時域仿真程序主要有 EMTP、 EMTDC、 NETOMAC、 BPA 等系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序和 SPICE、PSPICE、 MATLAB、 SABER 等電力電子仿真程序兩大類。由于這些仿真程序在不斷發(fā)展中，其功能日益強(qiáng)大，還可利用它們進(jìn)行電力設(shè)備、元件的建模和電力系統(tǒng)的諧波分析。 （ 2）頻域分析方法，該方式主要用于諧波問題的分析計算，包括頻率掃描，諧波潮流計算等。 考慮到一些非線性負(fù)載的動態(tài)特征，近年來又提出一種混合諧波潮流的計算方式，即在常規(guī)的諧波潮流計算法基礎(chǔ)上，利用 EMTP 等時域仿真程序?qū)Ψ蔷€性負(fù)載進(jìn)行仿真計算，可求出備 次諧波動態(tài)電流矢量，從而得到動態(tài)諧波潮流解。 （ 3）基于變化的方法，這里主要指 Fourier 方式方法、短時 Fourier 變換方法，加窗傅里葉變換和小波變換 (WT)方法。 電能質(zhì)量 治理概述 影響電能質(zhì)量的原因各種各樣，大體可以分為： （ 1） 內(nèi)因。系統(tǒng)本身接有電弧爐、整流器、單相負(fù)荷、大功率電動機(jī)等干擾性負(fù)荷。這些負(fù)荷對電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，如諧波、無功沖擊、負(fù)序等，而且這些負(fù)面影響可能通過公共連接點(diǎn)（ PCC）波及其它終端用戶。因此，系統(tǒng)中必須安裝相關(guān)裝置，以 及時緩解這些問題，而且還應(yīng)根據(jù)電能質(zhì)量 評估體系，利用經(jīng)濟(jì)杠桿約束此類用戶對電能質(zhì)量的影響。 （ 2） 外因。雷電、外力破壞、樹枝影響、配電設(shè)備故障、電容器投切、線路切換等都可能干擾系統(tǒng)，造成斷電或電壓變動，甚至影響到相鄰線路，導(dǎo)致有害影響蔓延?，F(xiàn)在采取的措施，一是減少故障發(fā)生的次數(shù)和改變排除故障的方式，目前配電系統(tǒng)中的線路主保護(hù)是電流保護(hù)，該保護(hù)最大的缺陷是線路中相當(dāng)大部分區(qū)域上的故障不能無時延地予以切除，此外即使無時延保護(hù)，從檢測出故障到斷路器開斷故障，最快也需要 3~6 個周波。若是永久性故障，多次重合閘則導(dǎo)致電壓的不斷波動，這在圖 2 中可以很明顯地看出來。二是降低裝置對電能質(zhì)量問題的敏感性，主要是用戶華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 12 側(cè)在敏感負(fù)荷或關(guān)鍵負(fù)荷處安裝補(bǔ)償裝置，這種方法對單個負(fù)荷可有直接和明顯的效果，但是受限于補(bǔ)償裝 置的容量和價格，應(yīng)用范圍也受到限制。 目前在電能質(zhì)量檢測與控制中，有兩個重要環(huán)節(jié)需要深入探討： （ 1）實時準(zhǔn)確地檢測。檢測值可能是要濾除 的諧波、要補(bǔ)償?shù)臒o功或要平衡的不對稱值等。已經(jīng)出現(xiàn)的檢測方法很多，大多數(shù)的檢測方法在信號平穩(wěn)時，能準(zhǔn)確地檢測出干擾值。而這里的 “實時檢測 ”主要是指當(dāng)信號被干擾時，檢測電路的實時跟蹤速度，目前大多數(shù)的常規(guī)檢測方法很少能做到這一點(diǎn)，而實時性對于持續(xù)時間較短的電壓跌落、突升、閃變、諧波等尤為重要。以諧波檢測方法為例，為提高實時性，文獻(xiàn)提出了不同的方法，有的是常規(guī)方法的改進(jìn)，更多的是新理論的靈活應(yīng)用。但這些檢測方法在改進(jìn)的同時也帶來了新的問題，如要選擇合適的數(shù)學(xué)函數(shù)、變換結(jié)果的相位與幅值會出現(xiàn)偏差等，所以它們的有效 性還有待進(jìn)一步研究。 （ 2） 求得補(bǔ)償信號的參考值后，要快速準(zhǔn)確地驅(qū)動變流器，產(chǎn)生補(bǔ)償信號。目前出現(xiàn)的控制方法有 ： 滯環(huán)比較控制、空間矢量控制、無差拍控制等。這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)實際情況靈活選用。 無論是檢測還是控制，存在的主要問題都是如何減小以至消除時滯，使補(bǔ)償偏差最小。 電能質(zhì)量控制器（或有源濾波器）的結(jié)構(gòu)一般是：靠近源側(cè)（或負(fù)荷側(cè)）連接華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 13 一并聯(lián)逆變器，靠近負(fù)荷側(cè)（或源側(cè)）連接一串聯(lián)逆變器，兩逆變器通過公共的直流電容結(jié)合在一起。串聯(lián)部分的功能為補(bǔ)償各種干擾，并聯(lián)部分的功能為有源濾波、動態(tài)補(bǔ)償無功、為 直流電容提供能量等。當(dāng)在直流側(cè)并聯(lián)能量儲存裝置時，還能使負(fù)載不受瞬時停電的干擾。整個電路的三個主要組成部分為檢測電路、控制電路 PWM 形成 及驅(qū)動電路，如圖 3 所示。 在圖 3 的基礎(chǔ)上進(jìn)行改變，例如只取并聯(lián)側(cè)或只取串聯(lián)側(cè)；使用三相整流橋或三相 PWM 整流橋；儲能部分采用蓄電池、超導(dǎo)、飛輪或超級電容器，以供應(yīng)短時有功電力；不同的補(bǔ)償目標(biāo)采用不同的控制方法等，就可以制造出不同的設(shè)備，實現(xiàn)不同的功能。 華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 14 第 二 章 電能質(zhì)量檢測方法 復(fù)調(diào)制細(xì)化譜分析方法 復(fù)調(diào)制細(xì)化譜分析方法，又稱為選 帶頻率細(xì)化分析方法，是基于復(fù)調(diào)制移頻的高分辨率傅里葉分析方法，一般簡稱為 Zoom FFT（ ZFFT）方法，是信號處理領(lǐng)域 70年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)， FFT 只能分析從零頻開始的一個低通頻帶，且頻帶分辨率越高， ZFFT 就是設(shè)法將感興趣得那段頻帶譜移動到零頻帶附近，在進(jìn)行常規(guī)的 FFT運(yùn)算。 通常的 FFT 方法在整個分析頻帶內(nèi)具有相同的頻率分辨率，這無疑是一種浪費(fèi)。如果想提高分辨率，在采樣頻率不變的情況下，只能增加采樣點(diǎn)數(shù)，但這樣會極大地提高運(yùn)算量，不利于運(yùn)算的實現(xiàn)。而降低采樣頻率，保持采樣點(diǎn)數(shù)不變，同樣可以提高采 樣分辨率，但是采樣頻率降低后有可能造成頻譜的混疊，如果將感興趣得頻段移動到原點(diǎn)附近，在進(jìn)行低通濾波以免頻率混疊，然后進(jìn)行重采樣以降低采樣頻率，這樣就可以在不增加采樣點(diǎn)數(shù)的情況下獲得高的多的頻率分辨率，該方法即為復(fù)調(diào)制細(xì)化譜分析方法。 復(fù)調(diào)制細(xì)化譜分析方法主要包括以下幾個步驟：移頻－低通數(shù)字濾波－重抽樣－FFT 及譜分析－頻率成分調(diào)整這樣一個流程。 經(jīng)過幾個處理步驟分析說最得最終結(jié)果，完全能反映出原數(shù)字序列在某一頻率范圍內(nèi)的頻譜特性，幅度絕對值相差－比例常數(shù) D。與同樣點(diǎn)數(shù)的直接 FFT 相比折椅細(xì)化分析方法所獲得的頻 率分辨率要高 D倍。 常用的電壓波動檢測方法 要檢測電壓波動和閃變，首要的任務(wù)就是準(zhǔn)確地提取出波動信號，通常將波動電壓看成以工頻額定電壓未載波，起電壓的幅值受頻率范圍在 ～ 35Hz 的電壓波動分量調(diào)制的調(diào)幅波。因此，電壓波動分量的檢出方法可采用通信理論中大功率載波調(diào)制信號解調(diào)方法，用于載波信號同頻同相的周期信號乘以被調(diào)信號，將電壓波動分量與工頻載波電壓分離，通過帶通濾波器得到波動分量。為使分析簡化又不失一般性，通常分析僅含單一頻率的調(diào)幅波對工頻載波的調(diào)制。 目前常用的電壓波動的檢測方法有五種，即 牌坊檢測法，有效值檢測法、整流檢測法、小波分解和同步檢測法以及補(bǔ)償?shù)鷻z測法。 華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 15 國際電工委員會 (IEC)推薦平方解調(diào)檢測法，即將工頻電壓平方，然后利用借調(diào)帶通濾波器檢測出調(diào)幅波。 如果利用 ～ 35Hz 的帶通濾波器濾去直流分量和工頻及以上的頻率分量，并且考慮手機(jī)上的調(diào)制指數(shù) m＜＜ 1，存在的調(diào)幅波電壓的倍頻分量幅值遠(yuǎn)小于調(diào)幅波的幅值，可忽略不計。 這種方法較適合用數(shù)字信號處理的方法來實現(xiàn)，也為 IEC 推薦的閃變測量原理框圖所采用。 優(yōu)點(diǎn)：簡單，便于數(shù)字化實現(xiàn)。 缺點(diǎn)：忽略了波動量中的倍 頻分量。 有效值檢測法是利用 RMS/DC 變換器將波動的輸入交流電壓變換成脈動的直流電壓，再經(jīng)解調(diào)帶通濾波器后獲得的波動信號。 RMS/DC 變換器輸出的直流電壓值為輸入交流電壓的方均根值，其脈動成分即反映了輸入電壓方均根值的變化。 這種方法，就實現(xiàn)而言，要將方均根值的計算時間準(zhǔn)確地整定在半個工頻周期是相當(dāng)困難的，而且其元件參數(shù)整點(diǎn)較為困難。另外，該方法可去除直流分量和二倍工頻分量等，只保留調(diào)幅波，但其中不會完全沒有直流分量，仍需隔直和濾波。 優(yōu)點(diǎn)：可以很好地檢測出波動電壓信號。 缺點(diǎn)：就 實現(xiàn)而言，要將均方根值的計算時間準(zhǔn)確地整定在半個工頻周期是相當(dāng)困難的。 Z 變換的閃變測量方法 考慮到平方檢波法簡便易行，并且不需要同步采樣，這里用減去平均值的方法代替隔直濾波器，在進(jìn)行截至頻率為 35Hz 的低通濾波，即刻得到波動分量，如果平方后的信號不進(jìn)行隔直和低通濾波而直接進(jìn)行頻譜分析，由于其中的波動的分量較小，而直流分量和高頻分量大，檢測結(jié)果容易受到干擾。 利用 CZT 變換對 0~35Hz 之間的頻譜進(jìn)行細(xì)化分析，得到各個波動分量的頻率以及幅值。進(jìn)行 CZT 變換時其中的卷積可以利用 FFT來進(jìn)行計算，大大的提高運(yùn)行速度，因此，應(yīng)當(dāng)使 CZT 變換的點(diǎn)數(shù)滿足 2 的 n 次方關(guān)系。由于進(jìn)行高精度頻譜分析的判斷是固定的，這就使的 A 和 W 成為常量，可以事先計算出來，以查表的形式存儲，節(jié)省運(yùn)算時間。 按照 IEC 的規(guī)定對瞬時閃變視感度進(jìn)行分級，分級數(shù)不得小于 64，生成 CPF曲線。 華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 16 第 三 章 電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng) 簡述 電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)概述 電網(wǎng)由 “發(fā)、輸、變、配、用 ”五個環(huán)節(jié)組成，作為用戶側(cè)的 “配、用 ”電環(huán)節(jié)消耗著總電能的 80%。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電氣化鐵路、電弧爐、變頻器等沖擊性 、非線性、不平衡度負(fù)載在電力應(yīng)用中越來越多，諧波、負(fù)序、閃變、電壓暫態(tài)等電能質(zhì)量問題直接影響著電力系統(tǒng)的供電安全。電能是一種商品，其質(zhì)量問題是供應(yīng)商和客戶共同關(guān)注的問題。用電企業(yè)有必要建立電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個配電電網(wǎng)電能質(zhì)量的實時監(jiān)控。 電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng) 組成 電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)測層，通訊傳輸層和數(shù)據(jù)管理層組成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖 1。組網(wǎng)方式有網(wǎng)線、光纖、無線三種模式。 現(xiàn)場監(jiān)測層 現(xiàn)場安裝各類電能及電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，要求具有通訊功能。可以選擇安科瑞的 ACR330ELH、 ACR320ELH、 ACR230ELH、 ACR220ELH 等電力儀表，主要功能： LCD 顯示、全電參量測量（ U、 I、 P、 Q、 PF、 F、 S）；四象限電能計量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計； THDu， THDi、 231 次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流 K 系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量； 4DI+3DO， RS485 通訊接口、 Modbus 協(xié)議。 通信傳輸層 為了將監(jiān)測層設(shè)備采集的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器而負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)脑O(shè)備，主要有通訊管理機(jī)、串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換 機(jī)等。數(shù)據(jù)采集終端通過串口與監(jiān)測層設(shè)備通訊，讀取其中數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步分析、整理，將數(shù)據(jù)保存在本地 SD卡中，之后將數(shù)據(jù)傳輸給無線通訊模塊。無線通訊模塊采用射頻技術(shù)，在現(xiàn)場組成無線局域網(wǎng)絡(luò)，將各點(diǎn)數(shù)據(jù)采集終端整理的數(shù)據(jù)收集并傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器，也可用網(wǎng)線或光纖的方式傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)管理層 對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、解析及應(yīng)用的過程，包括服務(wù)器架設(shè)、各種軟件的應(yīng)用。 華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 17 電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)功能 標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng)具有 CAD 一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫 面切換及畫面導(dǎo)航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫面。主畫面可直接顯示各回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有回路單點(diǎn)、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機(jī)交互界面并實時刷新。 用戶管理 可對不同級別的用戶賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性和可靠性，如對某重要回路的和 /分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令，還需工程師級用戶輸入確認(rèn)口令后方可完成操作。 數(shù)據(jù)采集處理 通過安科瑞 Acrel2020 型電力監(jiān)控系統(tǒng)可實時和定時采集現(xiàn)場設(shè)備的各電參量及開關(guān)量狀態(tài)（包括三相電 壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波、不平衡度、電流 K 系數(shù)、電話波形因子、電壓波峰系數(shù)、電能、溫度、開關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過統(tǒng)計計算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負(fù)荷最大值、功率因數(shù)上下限等），并對重要信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲。 趨勢曲線分析 系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實時曲線界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過調(diào)用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號波動情況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù) 均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。 報表管理 系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報表格式并可根據(jù)用戶需求設(shè)計符合其需要的報表格式，系統(tǒng)可自動設(shè)計。可自動生成各種類型的實時運(yùn)行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表，操作記錄報表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報表，查詢打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置；系統(tǒng)設(shè)計還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電 能質(zhì)量分析管理已成為電網(wǎng)用戶側(cè)配電系統(tǒng)建設(shè)的必然選擇，以上介紹的電力質(zhì)量分析儀，可以實現(xiàn)對電能的在線監(jiān)測，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能及電能質(zhì)量報表、分析曲線、圖形等，便于電能的分析、研究。 華南理工大學(xué)畢業(yè)論文 18 第四章 電能質(zhì)量 治理方式 電能質(zhì)量的檢測通常