电能质量检测分析算法的研究

论文摘要

近年来,电网中非线性负载的不断增加和灵敏电子设备的广泛应用,电能质量伴随着多种问题。如果想要提高电能质量,要求电力公司必须对稳态电能质量问题以及暂态电能质量的扰动进行检测、识别和分类,就需要采取适当、快速、灵敏的算法,从而达到提高电能质量的目的。暂态电能质量扰动有：电压暂降、电压暂升、电压中断、谐波、暂态脉冲和振荡。本文主要阐述的内容如下：1.首先对电能质量进行了定义并进行简单的分类,以及介绍本文主要研究的几个电能质量指标：公用电网谐波、电压波动与闪变、三相不平衡度以及暂时过电压与瞬时过电压。详细列出以上几个指标在实际检测中所对应的国家标准或者是限值,方便与本文得到的结果进行比较。2.详细介绍本文在电能质量方面所使用的几个算法的基本原理。首先介绍了最常见也是应用最广泛的傅里叶算法,利用快速傅里叶变换进行了谐波的检测,得到的结果可以应用在电压波动算法中。电压闪变通过一种离散化算法求得,简单描述了两种算法的基本步骤,并画出了算法流程图。其次是介绍计算三相不平衡度的两种算法：对称分量法和相角转换法的基本思路。最后主要是介绍在暂态电能质量中所使用的几种算法：小波变换、S变换、短窗能量法以及动态测度法。并画出算法流程图。3.对稳态电能质量指标进行分析。首先是谐波的检测,通过快速傅里叶变换以及模值还原得到,分别运用标准的信号以及几组实际的数据来验证该算法在谐波检测中的可靠性；接下来验证电压波动和电压闪变的算法的可行性；最后是利用标准的两组信号验证对称分量法的可靠性,然后把对称分量法和相角转换法相结合来,利用两组实际电压电流数据验证这种算法的可靠性。4.最后主要分了两部分对暂态的电能质量指标进行了仿真分析。第一部分利用S变换对三种常见的电压暂降形式进行了检测,针对电压暂降的暂降深度、相位跳变、持续时间和谐波问题进行了详细地分析,这样就可以实现各种扰动源情况下电压暂降特征量的检测。第二部分是利用动态测度法、短窗能量法、小波变换法对电能质量扰动信号电压暂降、暂升、中断、脉冲、暂态和持续振荡准确地检测出扰动并进行时间定位。通过对扰动信号的算例分析,动态测度法可以检测出以上所有扰动信号,并对时间进行定位,同时估计出扰动幅值；小波变换法可以快速准确的进行时间的定位,但无法确定扰动的幅值；短窗能量法是最直观最形象的一种定位方法,但它在扰动起始时刻的定位上会出现误差,这些误差在允许范围内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外电能质量分析方法研究现状
• 1.2.1 时域分析方法研究现状
• 1.2.2 频域分析方法的研究现状
• 1.2.3 时频分析方法的研究现状
• 1.2.4 其它分析方法研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 电能质量基本概念
• 2.1 电能质量定义、分类
• 2.1.1 电能质量的定义
• 2.1.2 电能质量的分类
• 2.2 公共电网谐波
• 2.2.1 谐波的概念
• 2.2.2 谐波测量的标准
• 2.3 电压波动与闪变
• 2.3.1 电压波动概念
• 2.3.2 电压闪变的概念
• 2.3.3 电压波动的指标
• 2.3.4 电压闪变的指标
• 2.4 三相不平衡度
• 2.4.1 三相不平衡度的概念
• 2.4.2 三相不平衡度的国家标准
• 2.5 暂时过电压和瞬时过电压
• 2.5.1 暂时过电压和瞬态过电压概念
• 2.5.2 暂时过电压和瞬态过电压标准
• 2.6 本章小结
• 第三章 电能质量算法
• 3.1 快速傅里叶变换法
• 3.2 电压波动算法
• 3.2.1 基本概念及计算步骤
• 3.2.2 电压波动流程图
• 3.3 电压闪变离散化算法
• 3.3.1 基本原理及计算步骤
• 3.3.2 闪变值的离散化算法流程图
• 3.4 对称分量法和相角转换法
• 3.4.1 对称分量法的基本原理
• 3.4.2 相角转换法的基本原理
• 3.5 小波变换与S变换
• 3.5.1 小波变换的基本原理
• 3.5.2 S变换的基本原理
• 3.6 短窗能量法
• 3.7 动态测度法
• 3.7.1 动态测度的基本原理
• 3.7.2 动态测度算法的实现
• 3.8 本章小结
• 第四章 稳态电能质量指标的仿真分析
• 4.1 谐波检测的FFT分析
• 4.1.1 谐波含有率的计算
• 4.1.2 FFT的模值还原
• 4.1.3 FFT的MATLAB程序实现
• 4.1.4 实际采样数据的谐波检测
• 4.2 电压波动与闪变检测方法的分析
• 4.2.1 电压波动的算法实现
• 4.2.2 电压闪变的算法实现
• 4.2.3 电压波动与闪变的算法算例
• 4.3 三相不平衡度的计算
• 4.3.1 仿真信号的算例分析
• 4.3.2 实际数据的计算分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 暂态电能质量指标的仿真分析
• 5.1 基于S变换的电压暂降扰动源特性分析
• 5.1.1 S变换的编程实现
• 5.1.2 短路故障模型扰动分析
• 5.1.3 感应电动机启动模型扰动分析
• 5.1.4 变压器激磁模型扰动分析
• 5.2 电能质量扰动信号检测算法仿真
• 5.2.1 电压暂降的仿真分析
• 5.2.2 电压暂升和电压中断的仿真分析
• 5.2.3 脉冲暂态的仿真分析
• 5.2.4 瞬时振荡的仿真分析
• 5.2.5 持续振荡的仿真分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表论文