【文章內(nèi)容簡介】 方法電壓kVTHD奇次偶次542431102注： 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 三相電壓允許不平衡度 Power quality standard Allowable threephase voltage unbalance標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB/T 155431995電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度%，短時(shí)不超過4%%，去實(shí)測95%概率值或日累計(jì)超標(biāo)不允許超過72min 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 供電電壓允許偏差 Power quality standard Allowable deviation of supply voltage標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB 123251990電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差%衡量點(diǎn)為供電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計(jì)量點(diǎn)177。7%177。7%，10% 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 電力系統(tǒng)頻率允許偏差 Power quality standard Allowable deviation of power system frequency標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB/T 159451995電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差177。，根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到177。對測量儀器提出了基本要求177。 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 電壓波動與閃變 Power quality standard Voltage flactuation and flicker標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB 123262000電能質(zhì)量 電壓波動與閃變電壓變動d的限值和變動的頻度r有關(guān)：當(dāng)r1000 時(shí)，對于低壓和中壓，d=%4%；對于高壓，d=%3%；對于隨機(jī)不規(guī)則變動，d=2%和d=%2. 每次測量周期為10min，取實(shí)測95%概率值；每次測量周期2h，不得超標(biāo)，規(guī)定測量儀器并給出典型分析實(shí)例閃變限值電壓等級LVMVHV()()注： ；為長時(shí)間閃變值。這些國家標(biāo)準(zhǔn)，是供電單位必須執(zhí)行的，它是電力用戶安全穩(wěn)定用電的保障，也是我們設(shè)計(jì)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的依據(jù)。 本章小結(jié)本章首先介紹了電能質(zhì)量現(xiàn)象的描述及幾種比較流行的分類方法。通過對這些分類方法的研究可以加深對電能質(zhì)量現(xiàn)象的認(rèn)識。其次，本章介紹了電能質(zhì)量的衡量方法。這些電能質(zhì)量衡量方法是制定電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，它們?yōu)殡娔苜|(zhì)量的評估與分級提供了依據(jù)。最后本章介紹了我國的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并對其中的一些細(xì)節(jié)作了簡要的說明。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章 電能質(zhì)量檢測記錄裝置硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第3章 電能質(zhì)量數(shù)字測量算法與系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)性能優(yōu)秀的電力系統(tǒng)故障錄波設(shè)備必然是性能卓越的算法和高速的硬件系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字測量算法用來求得電能質(zhì)量衡量方法所需要的數(shù)據(jù)，是電能質(zhì)量衡量的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)故障錄播系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字測量算法對采樣信號進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果用來進(jìn)行判據(jù)，決定是否啟動錄波，因此，數(shù)字測量算法關(guān)系到系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。本章介紹電能質(zhì)量數(shù)字測量算法，并根據(jù)算法的特點(diǎn)結(jié)合當(dāng)前電能質(zhì)量監(jiān)測的實(shí)際需要設(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)故障錄播通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 電能質(zhì)量數(shù)字測量算法電能質(zhì)量數(shù)字測量算法被作為錄波系統(tǒng)的判據(jù)依據(jù)，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它必須準(zhǔn)確快速的反應(yīng)出電能質(zhì)量問題。由于電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對電能質(zhì)量問題做了相應(yīng)的規(guī)定，所以電能質(zhì)量數(shù)字測量算法也應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)大體相對應(yīng)，但是所有這些算法都不能單獨(dú)勝任所有指標(biāo)的分析，必須聯(lián)合工作才能保證判據(jù)的準(zhǔn)確性。這些算法主要包括對諧波的測量、頻率偏差的測量、三相電壓不平衡度的測量與電壓擾動的測量。 波形畸變與諧波測量自Fourier(傅立葉)變換問世以來，其應(yīng)用的廣泛性和重要性有目共睹，它的離散快速變換FFT更曾是波形畸變與諧波分析的有力工具[23. 樹忠. 梁軍. 車仁飛. 電動機(jī)故障錄波監(jiān)測裝置通訊及通道校正方案的研究與開發(fā)[J], 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2002，14(4)：4144]。但是電力信號分析有其特殊性，電力信號中除包含各次諧波外還伴隨著各種干擾與突變，為了正確反映信號的突變時(shí)刻的頻率成分，就要求我們在分析電力信號時(shí)要進(jìn)行局部分析。然而Fourier變換的積分作用平滑了電力信號的突變成分，而且它所表示的時(shí)域與頻域之間是彼此整體刻畫的，不能反映各自的局部信息[24. 鄭恩讓. 高森. 關(guān)于電力系統(tǒng)FFT諧波檢測存在問題的研究[J]，繼電器，2006，18：5257]。因而Fourier變換在應(yīng)用于電力信號分析時(shí)需要進(jìn)行改進(jìn)。為了克服傅立葉變換不能進(jìn)行局部分析的重大缺陷，窗口傅立葉變換[25. Hdialgo R M. Femandez J G. et al. A simple adjustable window algorithm to improve FFT measurements[J], IEEE Trans. On IM, 2002, 51(1): 3136]應(yīng)運(yùn)而生。為了提取信號Fourier變換的局部信息，引入一個(gè)時(shí)間局部化的“窗函數(shù)”。實(shí)際上，將待分析的電力信號乘以窗函數(shù)，再進(jìn)行Fourier變換，就是加窗Fourier變換(Windowed Fourier Transform)，也稱“短時(shí)Fourier變換”(STFT)。將它化為離散形式就變成了窗口DFT(加窗離散傅立葉變換)。電力信號諧波分量測量算法可以采用整周期窗口DFT算法，這種算法將輸入序列的一個(gè)整周期在時(shí)域上加床后分解成基2 DFT運(yùn)算的組合，從而計(jì)算出各次諧波幅值。以加矩形窗為例，設(shè)輸入信號U（t）中包含有基頻分量、整數(shù)次諧波分量及直流分量，根據(jù)傅立葉級數(shù)的定義，可表示為： (31)式中U0——直流分量；ω0——基頻角頻率；——輸入信號n次諧波的實(shí)部；——輸入信號n次諧波的虛部；n——諧波次數(shù)。那么輸入信號n次諧波的模和幅角為： (32) (33)式(32)、(33)分別是n次諧波分量的振幅和初相角。經(jīng)快速傅立葉變換后，可以得到各次諧波成分： (34) (35)式中N——每基頻周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)；——信號采樣值； n ——諧波次數(shù)。當(dāng)n為1時(shí)，則可得到輸入信號的基頻分量的實(shí)部和虛部： (36) (37)進(jìn)而由公式(32)、(33)即可求得基頻分量的幅值和相角。整周期窗口DFT算法的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)輸入信號中除基頻分量外只包含恒定直流分量和整數(shù)次諧波分量時(shí)，計(jì)算精度高，并且對其他分?jǐn)?shù)諧波，算法也具有良好的抑制效果。這里是以矩形窗為例，在實(shí)際應(yīng)用中證明，BlackmanHarris和RifeVincent(III)窗效果較好[26. 潘文. 基于加窗插值FFT的電力諧波測量理論窗函數(shù)研究[J],電工技術(shù)學(xué)報(bào)，1994，2：5154]。整周期窗口DFT算法計(jì)算精度高，但計(jì)算量相對較大，耗時(shí)多。而對于電力故障錄播設(shè)備來說，一般接有數(shù)十路模擬量輸入信號，并且要求采用較高的采樣頻率，以完整、全面地反映故障暫態(tài)過程各電氣量的變化特點(diǎn)。因此，為了盡量減少計(jì)算量，可以考慮采用一些簡化方法，以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。這里介紹一種迭代Fourier算法，大大簡化了計(jì)算，節(jié)省了時(shí)間。這種迭代Fourier算法也是基于窗口變換的，可以稱之為迭代DFT算法[27. 成劍. 羅安. 一種簡化DFT的滑窗迭代算法在電力諧波檢測中的應(yīng)用[J]，自動化測試，2005，(13)8：771774]。首先，輸入電力信號在經(jīng)一次整周期FFT變換后，可以得到各相輸入電壓、電流的各次諧波成分，如式(34)、(35)所示。將式中的n取1，則可以得到輸入信號所包含的基頻分量的虛部和實(shí)部。設(shè)第一個(gè)數(shù)據(jù)窗的采樣序列為{},k=0,2,….N1；第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的采樣序列為{},k=1,2,….N。比較兩個(gè)數(shù)據(jù)窗發(fā)現(xiàn)，第二個(gè)數(shù)據(jù)窗實(shí)際上是由前一個(gè)數(shù)據(jù)窗去掉一個(gè)，增加了一個(gè)組成。經(jīng)如下計(jì)算： (38)式中k——諧波次數(shù)；n——采樣點(diǎn)(從0到N1)；f(n)——A/D采樣信號；F(k)——第k次諧波分量的系數(shù)。式(38)可得到信號中的k次諧波成分。以基頻計(jì)算為例，第一個(gè)數(shù)據(jù)窗經(jīng)FFT后所得基頻成分為： (39)式中——第一個(gè)數(shù)據(jù)窗的基頻成分；——第一個(gè)數(shù)據(jù)窗的第一個(gè)采樣點(diǎn)；——數(shù)據(jù)窗的第n個(gè)采樣點(diǎn)。移窗之后，第二個(gè)數(shù)據(jù)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)相當(dāng)于由前一個(gè)數(shù)據(jù)窗去掉一個(gè)，增加了一個(gè)組成，則第二個(gè)數(shù)據(jù)窗經(jīng)FFT后所得基頻成分為 (310)式中——第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的最后一點(diǎn)，也就是新加入的一點(diǎn)；——第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的基頻成分。由式(39)和(310)比較可知 (311)從(311)可以看出，前一個(gè)數(shù)據(jù)窗的計(jì)算結(jié)果傳遞給了當(dāng)前的數(shù)據(jù)窗，而不必重新計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)窗內(nèi)的所有元素。這樣一來就節(jié)省了大量的運(yùn)算量。同理對于k次諧波，有 (312)我們找到了迭代付氏變換前后兩個(gè)窗各諧波成分的關(guān)系，就可以在某一個(gè)窗諧波成分已知的條件下，求出其他窗的諧波成分。在進(jìn)行迭代算法以前，進(jìn)行加窗處理就可以既保證算法的實(shí)時(shí)性又保證精確性了[26]。(211)、(212)中，就可以求出諧波含有率和總諧波畸變率。 頻率偏差測量本文采用的頻率測量算法是基于Fourier變換的方法[28. Yang JunZhe. Liu ChihWen. A precise calculation of power system frequency [J], IEEE Trans. on Power Delivery , 2001 , 16 (3): 361366]。這種算法的依據(jù)是離散Fourier變換的性質(zhì)[29. 齊國清. 幾種基于FFT的頻率估計(jì)方法精度分析[J]，震動工程學(xué)報(bào)，2006，1：86~92]。當(dāng)系統(tǒng)頻率恒定不變時(shí)，迭代DFT算法中每周期對應(yīng)采樣間隔計(jì)算所得向量在復(fù)平面內(nèi)相角保持不變[30. 齊國清. 賈欣樂. 插值FFT估計(jì)正弦信號頻率的精度分析[J]，電子學(xué)報(bào)，2004，4：626629]。但當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時(shí)，向量將在復(fù)平面內(nèi)以的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際頻率大于系統(tǒng)額定頻率時(shí)，向量將沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際頻率小于系統(tǒng)額定頻率時(shí)，向量將沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此，可以通過測量向量幅角的變化獲得頻率實(shí)時(shí)測量結(jié)果[31. Wang Deyi. Yao Lixiao. NanHaipeng. Research on frequency and phase angle measurement based on programmable puter controller[J], Power System Technology, 2001, 25(9): 7880.]。設(shè)系統(tǒng)額定頻率為，系統(tǒng)實(shí)際頻率為，為實(shí)際頻率變化量，為信號初始相位，則信號的瞬時(shí)表達(dá)式可表示為： (313)式中——信號的瞬時(shí)值。令，則為信號相角，有 (314)設(shè)每周期采樣N點(diǎn), 初始采樣頻率為，采樣時(shí)間間隔。將(314)式寫成離散形式，則第k個(gè)采樣電壓值為 (315)其Fourier變換結(jié)果由(34)、(35)式確定。測量原理由式(316)、 (317) 、(318)決定。 (316) (317) (318)由式(317)可看出只要精確的計(jì)算出，就可以得到頻率偏離值。設(shè)為當(dāng)前周期的相角，為前一周期的相角，為采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。、主要依據(jù)迭代DFT算法所得的各次諧波分量的實(shí)部與虛部，并求反正切函數(shù)來計(jì)算的。以基頻分量為例，根據(jù)Fourier級數(shù)的定義有下式： (319) (320)經(jīng)過一個(gè)周期后式(319)、(320)變成： (321) (322)由式(321)、(322)可以得到、： (323) (324)式中、——前一周期基波的虛部與實(shí)部；、——當(dāng)前周期基波的虛部與實(shí)部。由式(323)、(324)可以看出。而且，其誤差的大小與頻率偏離程度有關(guān)，在初相角相等的條件下，誤差隨著的增大而增大[32. 磨少清. 高精度的改進(jìn)傅立葉測頻算法[J]，電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2003，(27)12：4849]。因此我們需要對算法做一定的修正[33. 唐建輝. 胡敏強(qiáng). 吳在軍. 一種基于修正采樣序列的電力系統(tǒng)頻率測量方法[J]，電力系統(tǒng)及自動化學(xué)報(bào)，2004，(16)6：5254]。首先，設(shè) (325)再用來預(yù)估算頻率偏差。即： (326)令： (327)利用r對式(323)、(324)進(jìn)行修正，得：