DSP和小波理论在电能质量监测系统中的应用

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1、·电力电气·《电工技术杂志》!""#年第#期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#和小波理论在电能质量监测系统中的应用祝纯!郑竞宏!朱守真!武镜海!朱炯"（!#清华大学电机系!$$$%&"#宁波市电业局’!($&$）摘要提出一种以高速运算性能的运行平台作为基础的监测系统，该系统以)*+为中央处理器，采用,,-与./0/1小波快速算法相结合对电能质量信号进行变换，并利用)*+芯片强大的计算功能进行电能质量实时监测，并且给出了试验结果。关键词)*+./0/1电能质量在线监测和信号

2、基波频率同步变化，可消除频率泄漏。信号$引言处理部分核心)*+为-.*’"$25(&$"，用以进行计电网供电电能质量是电力工业产品的重要指算以及数据的传输与通信，主要由计算模块、存储标，优良的电能质量对保证电网和广大用户的电气模块、逻辑控制模块、通信模块以及显示模块组设备和各种用电器具的安全经济运行，保障国民经成，如图"所示。济各行各业的正常生产和产品质量具有重要意义［!］。随着现代科学技术的发展，造成电能质量问题的因素不断增长，如以电力电子装置为代表的非线性负荷的使用、各种大型用电设备的起停等，使电网中的谐波污染、三相电压的不对称性以及电压波动和闪变日趋严重。同时，

3、由于上述负荷的存在，使得电力系统中的供电电压即使是正弦波形，其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变，迫使其电压波形受其影响而产生不同程度的畸变。这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。本文提出了一种基于)*+（数字信号处理器）的实时电能质量综合监测系统，利用)*+芯片强大的计算功能进行电能质量在线监测，具有数据接口与传输功能。文中介绍综合监测系统的系统设计，描述了整个系统的硬件结构及其特点，详细阐述了电能质量监测系统的软件算法，给出基于此电&软件系统结构能质量监测系统所做的一组工业现场试验结果。实时电能质量监测系统的软件主要包括两大部%硬件系统结构分，一

4、是运行在电能质量综合监测仪上的监测分类该装置硬件部分由数据采集和信号处理两部分算法以及数据采集、存储、显示、通信的软件。另组成，如图!所示。一部分软件运行在主机端上，主要用来对从综合监数据采集模式为""$2三相交流电压，(3三相测仪所获得的电能质量数据进行统计、分析以及为交流电流共六路通道同步采集，34)采样并行输改善电能质量问题所采取的措施提供依据等。计算出。采用同步锁相系统控制采样频率，使采样频率部分接口图如图’所示。—’!—《电工技术杂志》!""#年第#期CDE和小波理论在电能质量监测系统中的应用#################################

5、##############################（#）谐波采用667将采样后信号中各次谐波分量在频域中分离出来，并分别计算谐波电压总量!8、谐波电流总量(8、各次谐波电压含有率)*!+（+为谐波次数）、各次谐波电流含有率)*(+以及电压总谐波畸变率,)-.和电流总谐波畸变率,)-/。（9）频率偏差可以用频率差的有名值表示，也可以用百分比表示!电能质量监测算法0%0&!0$’!(()（#）0&电力系统中各种扰动引起的电能质量问题主要（+）电压间断可分稳态和暂态两大类。稳态电能质量问题以波形所测电压有效值低于额定电压!()且持续0:畸变为特征，主要包括谐波、间

6、谐波、波形下陷以以上视为电压间断。及噪声等；暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态!"$暂态电能质量指标算法持续时间为特征，可分脉冲暂态和振荡暂态两大利用;<=<>小波分析方法在667变换得到的频类。谱系数的基础上进行计算，通过比较电能质量信号!"#稳态电能质量指标算法的时频特征与电能质量问题指标，可以快速准确地依据我国近年来制定的有关电能质量的国［!"#］实现电能质量信号的分类和分析，并将特征向量加标，处理采样得到的数据，计算电压偏差、三以提取，完成暂态电能指标的检测。相电压不平衡度、电压波动、电压电流谐波等稳态#?,?!;<=<>小波快速算法电能质量指标。6@A>4<

7、>变换有它明显的缺陷，由于积分核（!）电压偏差!!!%B23是全局函数，不具备局部性，无时间局部信1!!%!&!!!$’!(()（!）息。而小波分析具有随时频变化的时频窗口，具有!&更好的时频分析性能。离散正交小波变换消除了连式中!&———额定电压续小波变换中的冗余信息，具有高效率的快速计算!!———实际电压方法，因此更为实用。小波分析的效果根据选用小"!!$!!*，"$+#波的特点而有所不同，为了在电能质量检测算法中!!*———采样点电压实现电能质量信号的时频分析、突变检测和无失真（,）三相电压不平衡度!重构，所选小波必须具备正交性、偶对称性，同时