【正文】 出相應(yīng)的定義是很重要的。下面介紹近幾年國(guó)際上在電能質(zhì)量現(xiàn)象分類(lèi)和特性描述等方面取得的研究成果。對(duì)于表中列出的各種現(xiàn)象，我們可進(jìn)一步用其屬性和特征加以描述。可以說(shuō)。這種分類(lèi)是比較實(shí)用的。例如，系統(tǒng)頻率不可能一成不變的等于50Hz，系統(tǒng)電壓也不可能每時(shí)每刻恒等于其額定值，與理想值的偏差始終存在。由于電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量現(xiàn)象大多是隨機(jī)現(xiàn)象，在對(duì)變化型電壓和電流進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估時(shí)，往往采用概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)處理，即采用概率密度函數(shù)給出相應(yīng)的變量在某一個(gè)確定點(diǎn)的概率值，并且用概率分布函數(shù)反映這個(gè)變量處在某一個(gè)確定范圍內(nèi)的可能性有多大。所謂事件型是指突然發(fā)生的電能質(zhì)量擾動(dòng)現(xiàn)象，其重要的特征表現(xiàn)為電壓或電流短時(shí)嚴(yán)重偏離其額定值或理想波形。在事件型電壓和電流評(píng)估時(shí)，通常采用其特征量，比如用幅值偏離量的多少、事件持續(xù)事件的長(zhǎng)短以及發(fā)生的頻次等來(lái)描述，并且用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法以及可靠性計(jì)算來(lái)處理。需要指出的是，迄今為止對(duì)電能質(zhì)量的分類(lèi)仍然存在著由于定義不同引起的類(lèi)別區(qū)分界線不清晰，和由于分類(lèi)方法不同產(chǎn)生的技術(shù)名詞不統(tǒng)一等問(wèn)題。這些計(jì)算方法構(gòu)成了電能質(zhì)量的衡量方法。 供電電壓偏差[13. 譚子求. 基于DSP的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置的研究[D]，武漢，武漢大學(xué)，2004]系統(tǒng)無(wú)功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱(chēng)值的根本原因，此外供配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理也能導(dǎo)致電壓偏差。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (21)其中——電壓偏差；——實(shí)際電壓，kV；——系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓，kV。電壓的這種變化是緩慢的，其每秒電壓變化率小于額定電壓的1%。交流電力系統(tǒng)是以單一恒定的標(biāo)稱(chēng)頻率、規(guī)定的幾種電壓等級(jí)和以正弦函數(shù)波形變化的交流電向用戶供電。所有與電力系統(tǒng)直接相連的電氣設(shè)備都必須在該頻率下才能正常運(yùn)行，所以標(biāo)稱(chēng)頻率又稱(chēng)為工作頻率，簡(jiǎn)稱(chēng)工頻。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(chēng)值之差稱(chēng)為系統(tǒng)的頻率偏差，用公式表示為： (22)其中——頻率偏差，Hz——實(shí)際頻率，Hz——系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)頻率，Hz頻率偏差屬于頻率變化范疇。 三相電壓不平衡度[14. 潘蘭蘭. 電能質(zhì)量分析儀的研究[D]，武漢,華中科技大學(xué)，2005]電力系統(tǒng)三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類(lèi)。正常性三相不平衡又來(lái)源于供電環(huán)節(jié)不平衡與用電環(huán)節(jié)不平衡。根據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法，三相系統(tǒng)中的電量可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量三個(gè)對(duì)稱(chēng)分量。由式(23)和式(24)可以看出，想要計(jì)算出系統(tǒng)的三相不平衡度，必須首先計(jì)算三相系統(tǒng)的正序和負(fù)序分量。在不含零序分量的三相系統(tǒng)中，只要知道三相電量a，b，c，即可有下面的公式求出三相不平衡度： (25)式中。其變化周期大于工頻周期。相對(duì)于電壓偏差而言，電壓波動(dòng)也成為快速電壓變動(dòng)，或動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)。為了區(qū)分電壓波動(dòng)和電壓偏差，在國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)里特別對(duì)電壓的波動(dòng)性給出了定義，%每秒。閃變時(shí)說(shuō)明對(duì)不同頻率的電壓波動(dòng)引起的燈閃的敏感程度及引起閃變刺激性程度的電壓波動(dòng)值，是人眼的一種主觀感覺(jué)。 電壓擾動(dòng)電壓擾動(dòng)包括穩(wěn)態(tài)電壓擾動(dòng)與暫態(tài)(瞬態(tài))電壓擾動(dòng)。暫態(tài)(瞬態(tài))電壓擾動(dòng)是電源電壓的正弦波形受到暫態(tài)(瞬態(tài))的電壓擾動(dòng)而發(fā)生畸變，引起電能質(zhì)量的污染的各種問(wèn)題[16. 林海雪. 電力系統(tǒng)中的電壓暫降和短時(shí)斷電[J]，供用電，2002，(19)1：913]。暫態(tài)(瞬態(tài))電壓擾動(dòng)的主要特征包括：暫態(tài)諧波、暫態(tài)脈沖、瞬時(shí)電壓上升或暫降[17. 陳志業(yè). 李鵬. 電能質(zhì)量研究——電壓暫降及其治理[J]，機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2002，5：2426]。當(dāng)然，采用均方根值計(jì)算方法可以衡量電壓的暫降程度。不過(guò)，我們可以采用“缺損電壓法”來(lái)克服上述缺點(diǎn)。由三角函數(shù)的特性可知，兩個(gè)正弦波的和與差為另一個(gè)可能具有不同相位的正弦波，因此，只要暫降電壓波形為正弦波，則缺損電壓也將是正弦波。假設(shè)兩電壓的頻率相同，則可表示為，為缺損電壓可表示為： (29)式中。 波形畸變和諧波波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，流過(guò)非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成正比例關(guān)系。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的定義，任何周期性波形畸變都可以用正弦波形的和來(lái)表示。波形畸變和諧波常用諧波含有率和總諧波畸變率來(lái)衡量?；儾ㄐ我蛑C波引起的偏離正弦波形的程度，用總諧波畸變率來(lái)衡量。電流總諧波畸變率表示為： (212)式中、——h次諧波和基波的均方根值。實(shí)際上，諧波電壓幾乎總是相對(duì)于基波電壓而言的。但對(duì)電流來(lái)說(shuō)，情況就有所不同了。為了解決這一問(wèn)題，有專(zhuān)家建議，可以將中所采用的基波電流改為額定負(fù)荷電流。 我國(guó)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1988年，我國(guó)為加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量管理工作，頒布執(zhí)行了《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》，并指出為保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，全面保障電能質(zhì)量是電力企業(yè)和用戶的責(zé)任和義務(wù)。這六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別是：GB123251990《供電電壓允許偏差》、GB/T145491993《公用電網(wǎng)諧波》、GB/T155431995《三相電壓允許不平衡度》、GB/T159451995《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》、GB123262000《電壓波動(dòng)和閃變》、GB/t184812001《電能質(zhì)量 暫時(shí)過(guò)電壓和瞬時(shí)過(guò)電壓》。瞬態(tài)過(guò)電壓包括操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓.= 。，凡未說(shuō)明的操作過(guò)電壓限值均為最大操作過(guò)電壓、斷路器開(kāi)斷并聯(lián)補(bǔ)償裝置及變壓器等過(guò)電壓限值作出了規(guī)定電壓等級(jí)(kV)過(guò)電壓限制(.)252(I)252(II)110及2203566310注：1. 指工頻峰值電壓 2. 252kV(I)和252kV(II)分別指線路斷路器兩側(cè)變電所的線路空載線路合閘、單相重合閘、成功的三相重合閘、非對(duì)稱(chēng)故障分閘及振蕩解列過(guò)電壓限值電壓等級(jí)(kV)過(guò)電壓限值(.)500*330*110252* 表示該過(guò)電壓相對(duì)地統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 公用電網(wǎng)諧波 Power quality standard Harmonics of public grid標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)允許限值說(shuō)明GB/T 145491993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波各級(jí)電網(wǎng)諧波電壓限值（%），取實(shí)測(cè)95%概率值，提供計(jì)算方法電壓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(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)允許限值說(shuō)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(guò)4%%，去實(shí)測(cè)95%概率值或日累計(jì)超標(biāo)不允許超過(guò)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(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)允許限值說(shuō)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%，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(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)允許限值說(shuō)明GB/T 159451995電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差177。對(duì)測(cè)量?jī)x器提出了基本要求177。這些國(guó)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?cè)O(shè)計(jì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的依據(jù)。通過(guò)對(duì)這些分類(lèi)方法的研究可以加深對(duì)電能質(zhì)量現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。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(píng)估與分級(jí)提供了依據(jù)。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章 電能質(zhì)量檢測(cè)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(cè)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。電力系統(tǒng)故障錄播系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字測(cè)量算法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果用來(lái)進(jìn)行判據(jù)，決定是否啟動(dòng)錄波，因此，數(shù)字測(cè)量算法關(guān)系到系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。 電能質(zhì)量數(shù)字測(cè)量算法電能質(zhì)量數(shù)字測(cè)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(wèn)題。這些算法主要包括對(duì)諧波的測(cè)量、頻率偏差的測(cè)量、三相電壓不平衡度的測(cè)量與電壓擾動(dòng)的測(cè)量。但是電力信號(hào)分析有其特殊性，電力信號(hào)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(hào)的突變時(shí)刻的頻率成分，就要求我們?cè)诜治鲭娏π盘?hào)時(shí)要進(jìn)行局部分析。因而Fourier變換在應(yīng)用于電力信號(hào)分析時(shí)需要進(jìn)行改進(jìn)。為了提取信號(hào)Fourier變換的局部信息，引入一個(gè)時(shí)間局部化的“窗函數(shù)”。將它化為離散形式就變成了窗口DFT(加窗離散傅立葉變換)。以加矩形窗為例，設(shè)輸入信號(hào)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(jí)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(hào)n次諧波的實(shí)部；——輸入信號(hào)n次諧波的虛部；n——諧波次數(shù)。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(hào)采樣值； n ——諧波次數(shù)。整周期窗口DFT算法的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)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(duì)其他分?jǐn)?shù)諧波，算法也具有良好的抑制效果。整周期窗口DFT算法計(jì)算精度高，但計(jì)算量相對(duì)較大，耗時(shí)多。因此，為了盡量減少計(jì)算量，可以考慮采用一些簡(jiǎn)化方法，以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。這種迭代Fourier算法也是基于窗口變換的，可以稱(chēng)之為迭代DFT算法[27. 成劍. 羅安. 一種簡(jiǎn)化DFT的滑窗迭代算法在電力諧波檢測(cè)中的應(yīng)用[J]，自動(dòng)化測(cè)試，2005，(13)8：771774]。將式中的n取1，則可以得到輸入信號(hào)所包含的基頻分量的虛部和實(shí)部。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。式(38)可得到信號(hào)中的k次諧波成分。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。這樣一來(lái)就節(jié)省了大量的運(yùn)算量。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]。 頻率偏差測(cè)量本文采用的頻率測(cè)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]。當(dāng)系統(tǒng)頻率恒定不變時(shí)，迭代DFT算法中每周期對(duì)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(guó)清. 賈欣樂(lè). 插值FFT估計(jì)正弦信號(hào)頻率的精度分析[J]，電子學(xué)報(bào)，2004，4：626629]。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)。因此，可以通過(guò)測(cè)量向量幅角的變化獲得頻率實(shí)時(shí)測(cè)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.]。令，則為信號(hào)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。測(cè)量原理由式(316)、 (317) 、(318)決定。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。以基頻分量為例，根據(jù)Fourier級(jí)數(shù)的定義有下式： (319) (320)經(jīng)過(guò)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。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(cè)頻算法[J]，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003，(27)12：4849]。首先，設(shè) (325)再用來(lái)預(yù)估算頻率偏差。 三相電壓不平衡度測(cè)量，電力系統(tǒng)三相不平度的計(jì)算是以計(jì)算電力信號(hào)的正負(fù)零序?yàn)榛A(chǔ)的。設(shè)三相系統(tǒng)的電流電壓分別為： (330) (331)式中、——A、B、C三相瞬時(shí)電流和瞬時(shí)電壓；、——三相電流有效值與電壓有效值；