基于電能質(zhì)量監(jiān)測的研究分析

　　2.2.2FACTS技術(shù)

　　FACTS，即基于電力電子控制技術(shù)的靈活交流輸電，是上世紀(jì)80年代末期由美國電力研究院(EPRI)提出的。它通過控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來靈活控制系統(tǒng)潮流，使輸送容量更接近線路的熱穩(wěn)極限。采用FACTS技術(shù)的核心目的是加強交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力。

　　目前有代表性的FACTS裝置主要有：可控串聯(lián)補償電容器、靜止無功補償器、晶閘管控制的串聯(lián)投切電容器、統(tǒng)一潮流控制器等。

　　2.2.3用戶電力(CustomPower)技術(shù)

　　用戶電力技術(shù)就是將電力電子技術(shù)、微處理機技術(shù)、自動控制技術(shù)等運用于中低壓配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)中，其目的是加強配電系統(tǒng)的供電可靠性，并減小諧波畸變，改善電能質(zhì)量。該技術(shù)的核心器件IGBT比GTO具有更快的開關(guān)頻率，并且關(guān)斷容量已達MVA級，因此DFACTS裝置具有更快的響應(yīng)特性。

　　目前主要的FACTS裝置有：有源濾波器(APF)、動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、配電系統(tǒng)用靜止無功補償器(D-STATCOM)、固態(tài)切換開關(guān)(SSTS)等。

　　2.32.3電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

　　由于電能質(zhì)量需要監(jiān)測的量很多而且大多是高度畸變的，傳統(tǒng)的方法是采用模擬信號的分析，監(jiān)測不同的電能質(zhì)量指標(biāo)使用不同的儀表。如傳統(tǒng)的測量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測量功率損耗的有功表、無功表，測量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡度計、電壓波動和閃變儀[5]。此類儀器的不足之處是可監(jiān)測的指標(biāo)少，通用性差、精度較低、自動化程度較低。

　　采用微處理器為核心的新一代數(shù)字式儀表已被廣泛應(yīng)用，核心由DSP(DigitalSignalProceeding)所構(gòu)成。一般都可和計算機相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)處理能力較強的PC+DSP主從式結(jié)構(gòu)，具有顯示、存儲、通信、人機對話等功能。對一個站點進行監(jiān)測，有較好的效果。

　　目前電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展趨勢傾向于采用永久性的固定設(shè)備對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測，對于固定電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備而言，需要綜合考慮成本和性能進行專門的研制?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑娔苜|(zhì)量在線監(jiān)測設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號處理技術(shù)在設(shè)計上具有在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時性好和成本低的特點?；陔pCPU的嵌入式系統(tǒng)將嵌入式DSP處理器和嵌入式微控制器相結(jié)合，通過2個CPU擴充系統(tǒng)資源，共同分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷，同時DSP作為高速處理器件也利于保證系統(tǒng)的實時性。這種雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DSP的高速處理能力對于保證系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等強大功能而又不犧牲實時性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線監(jiān)測、精度高、升級潛力大、實時性好、體積小、成本低的特點，既適用于現(xiàn)場的測量分析，也適用于長期的在線監(jiān)測。

　　2.42.4電能質(zhì)量分析方法

　　電力系統(tǒng)中的各種擾動引起的電能質(zhì)量問題主要可分為穩(wěn)態(tài)事件和暫態(tài)事件兩大類。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)樘卣?，主要包括諧波、間諧波、波形下陷及噪聲等;暫態(tài)事件通常是以頻譜和暫態(tài)持續(xù)時間為特征，可分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類[6]。

　　電能質(zhì)量的分析方法主要有時域仿真法、頻域分析方法和基于變換的方法。

　　1時域仿真法

　　時域仿真方法在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用最為廣泛，其最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)象進行研究。對于電壓下跌、電壓上升、電壓中斷等有關(guān)電能質(zhì)量暫態(tài)問題，由于其持續(xù)時間短、發(fā)生時間不確定、對頻域分析提出了較高的要求，較多采用時域仿真方法。

　　目前EMTP、EMTDC、NETOMAC等系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序[7]和SPICE、PSPICE、SABER等電力電子仿真程序在研究中得到了廣泛的應(yīng)用，有的已經(jīng)被做成商業(yè)軟件。

　　采用時域仿真計算的缺點是仿真步長的選取決定了可模擬的最大頻率范圍，因此必須事先知道暫態(tài)過程的頻率覆蓋范圍。此外，在模擬開關(guān)的開合過程時，還會引起數(shù)值振蕩。

　　2頻域分析法

　　頻域分析方法主要用于電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)問題。比如諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡等。相對于暫態(tài)問題，此類事件具有變化相對較慢、持續(xù)事件較長等特點。對稱分量法是最常用的方法。它的優(yōu)點是概念清晰、建模簡單、算法成熟，但耗時長。

　　頻域分析方法主要包括頻率掃描、諧波潮流計算和混合諧波潮流計算等，該方法多用于電能質(zhì)量中諧波問題的分析。

　　頻率掃描和諧波潮流計算在反映非線性負(fù)載動態(tài)特性方面有一定局限性，因此混合諧波潮流計算法在近些年中發(fā)展起來。其優(yōu)點是可詳細(xì)考慮非線性負(fù)載控制系統(tǒng)的作用，因此可精確描述其動態(tài)特性。缺點是計算量大，求解過程復(fù)雜。

　　3基于變換的方法

　　在電能質(zhì)量分析領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的基于變換的方法主要有復(fù)立葉變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、二次變換、小波變換和Prony分析等5種方法。

　　(1)傅立葉變換

　　傅立葉變換是電能質(zhì)量分析領(lǐng)域中的基本方法，傅立葉變換的優(yōu)點是算法快速簡單。但其缺點也很多：

　?、匐m然能夠?qū)⑿盘柕臅r域特征和頻域特征聯(lián)系起來觀察，但不能將二者有機地結(jié)合起來。

　?、谥荒苓m應(yīng)于確定性的平穩(wěn)信號(如諧波)，對時變非平穩(wěn)信號難以充分描述。

　?、鄱虝r傅立葉變換(STFT)的離散形式?jīng)]有正交展開，難以實現(xiàn)高效算法;只適合于分析特征尺度大致相同的過程，不適合分析多尺度過程和突變過程。

　?、芸焖俑盗⑷~變換(FFT)變換的時間信息利用不充分，任何信號沖突都會導(dǎo)致整個頻帶的頻譜散布;在不滿足前提條件時，會產(chǎn)生“旁瓣”和“頻譜泄露”現(xiàn)象。

　　傅立葉變換是經(jīng)典的頻譜分析和信號處理方法。其對含有短時高頻分量與長時間低頻分量的電能質(zhì)量信號分析具有一定的局限性。目前經(jīng)改進的快速傅立葉變換(FFT)和(STFT)已經(jīng)成為電能質(zhì)量分析的基礎(chǔ)。

　　(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是巨量信息并行處理和大規(guī)模平行計算的基礎(chǔ)，它既是高度非線性動力學(xué)系統(tǒng)，又是自適應(yīng)組織系統(tǒng)，可用來描述認(rèn)知、決策及控制的智能行為。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的優(yōu)