电能质量扰动分析方法研究

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1、电能质量扰动分析方法研究第1章绪论1.1课题的研究背景及意义自从人类进入电气时代以来，人们就对电能的使用进行着不断的研究，随着科学技术的飞速发展，人们对电能的探索研究以及开放利用越来越深入。在当今社会，对电能的需求无处不在，从科学研究到工业生产再到人们的日常生活，电能已经成为了人们不可缺少的重要能源。另外，能否合理有效地利用电能在一定程度上可以衡量一个国家的发达程度以及生产力水平[1]。随着社会的进步，在人们眼中电能逐渐成为一种商品，所以电能的质量问题就成为了广大消费者所关心的重点。在较早时期里，由于受到科学水平的制约，人们认为频率误差与电压偏差是影响电能质

2、量的最主要问题，然而随着科技进步以及时代发展，特别是人类对电能的依赖程度不断增长，对于电能质量的标准也提出了更新的要求。如果电能质量不能达到所要求的标准，将会对电力系统的平稳安全运行构成重大威胁[2]。理论上讲，从发电站所发出的电能的波形图应该是以单一频率和额定幅值构成的正弦波形。但是在实际情况下，用户所收到的电能却不能满足理论上的要求，其原因要归咎于在电能的传输过程中加入了一些不必要的信号，导致了电能的波形产生一定的变化[3]。人类进入20世纪以来，电子技术以及微电子技术得到了长远发展，使得各种变频设备、微控设备和以计算机为代表的各种数字电子设备广泛地应用

3、到各种各样的领域里，由于这些设备对电能质量扰动较为敏感，进而将供电单位所提供的电能的质量标准提升到了一个更高的层次。虽然这些电力电子设备改变了人们的生产生活方式，使人类的生存质量提升到新的高度的同时也提高了电能的使用效率，但是这些设备也会产生干扰信号，在一定程度上对电力系统造成影响。另外，例如雷击、短路、断路等电网故障也会污染电网环境，威胁电能质量，影响电网设备的正常工作甚至损害电网设备，从而造成重大的经济损失[4]。为了提高用电质量，保证用电安全，特别是确保工业生产以及医疗设备的平稳可靠运行，必须对电力系统中的电能质量本身的不规则性进行有效分析，精确地把握

4、电能质量问题的特点并准确地提取电能质量扰动信号的特征量，并以此为依据分类识别电能质量问题。这不仅为电能质量的改善提供了科学依据，而且对电能质量的综合治理也有深远影响[5]。1.2国内外研究现状在电网的输电过程中，电能质量问题往往不会以单一的形式逐个出现，而是几种扰动信号复合在一起对电力系统产生影响，这种复合扰动通常含有电压暂升、电压暂降、电压中断、暂态振荡、谐波等扰动信号[6]，所以检测和分析电能质量问题的过程从本质上讲就是检测和识别电力系统中存在的电能扰动信号的过程。由于电能的质量问题在国内外已经成为了该研究方向的焦点，所以对检测和识别电能质量扰动信号的研

5、究和探索，特别是对突变的，不稳定的短时电能质量扰动信号的检测识别研究，已经引起了国内外广大专家学者的关，于是在近些年内，有很多专家学者围绕着电能质量问题提出了一些行之有效的分析识别方法。要达到识别电能质量扰动信号的目的，一般需要通过两个环节，即特征提取环节与模式识别环节。其中，特征提取环节主要进行两方面的工作，即运用一些分析方法对分析信号的波形以及从分析结果中找寻能够准确表达不同信号间差异的特征参数，现在较为主流的分析方法有时域分析方法、频域分析方法和变换域分析方法[7]。时域仿真方法：主要是利用电力系统元件搭建仿真模型，再通过求解该仿真模型的微分方程，达到

6、分析电能质量扰动信号的目的。较为常用的的时域仿真方法主要分为两类，其一是以电子电路为基础的仿真程序。另一类是以EMTP为代表的暂态仿真方法。第2章电能质量扰动分析的基本原理2.1S变换基本原理从这个二维矩阵中可以得到离散信号的几乎全部信息，矩阵的行数对应离散信号的采样时间点数，而列则代表离散信号的离散频率，于是可以从二维矩阵中得到某一采样时间点所对应的频率曲线。对二维复矩阵中的复数元素取模可以得到离散信号的幅值，并且可以根据元素在矩阵中的位置获得相应的时间参数与频率信息，另外从模矩阵中还可以得到某一时间点的幅值与频率的关系曲线和某一频率下幅值随时间的变化曲线

7、。由S变换的定义以及推导过程中可以看出，S变换的高斯窗函数会随着的改变而改变。当信号的频率较低时，高斯窗尺度较宽；而随着频率加大，采用的高斯窗的宽度变窄，尺度变小，所以S变换的窗函数是可变的而且分辨率随着信号频率的改变而改变。2.2信息熵所谓信息熵[48]，在数学上，是一个相当抽象的概念，可以把信息熵理解成为某种特定信息出现的概率。在信源中，任一符号发生的概率为1，则其他符号发生的概率均为0，表明信息熵具有确定性，即信源中只要有一个事件是必然事件，则其余事件均为不可能事件，这时候的信息熵为0。信息熵具有可加性，可加性是熵函数的性质中最重要的一条性质，可加性反

8、映出的任何复杂问题都可以分步解决，也就是对于某一事物