電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀及展望

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(dòng)和閃變、三相不平衡等。相對(duì)于暫態(tài)問題，此類事件具有變化相對(duì)較慢、持續(xù)事件較長(zhǎng)等特點(diǎn)。對(duì)稱分量法是最常用的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是概念清晰、建模簡(jiǎn)單、算法成熟，但耗時(shí)長(zhǎng)。

頻域分析方法主要包括頻率掃描、諧波潮流計(jì)算和混合諧波潮流計(jì)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(jì)算在反映非線性負(fù)載動(dòng)態(tài)特性方面有一定局限性，因此混合諧波潮流計(jì)算法在近些年中發(fā)展起來。其優(yōu)點(diǎn)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(dòng)態(tài)特性。缺點(diǎn)是計(jì)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(diǎn)是算法快速簡(jiǎn)單。但其缺點(diǎn)也很多：

① 雖然能夠?qū)⑿盘?hào)的時(shí)域特征和頻域特征聯(lián)系起來觀察，但不能將二者有機(jī)地結(jié)合起來。

② 只能適應(yīng)于確定性的平穩(wěn)信號(hào)(如諧波)，對(duì)時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)難以充分描述。

③ 短時(shí)傅立葉變換(STFT)的離散形式?jīng)]有正交展開，難以實(shí)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。

④ 快速傅立葉變換(FFT)變換的時(shí)間信息利用不充分，任何信號(hào)沖突都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)頻帶的頻譜散布;在不滿足前提條件時(shí)，會(huì)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(hào)處理方法。其對(duì)含有短時(shí)高頻分量與長(zhǎng)時(shí)間低頻分量的電能質(zhì)量信號(hào)分析具有一定的局限性。目前經(jīng)改進(jìn)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(jì)算的基礎(chǔ)，它既是高度非線性動(dòng)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)點(diǎn)是：可處理多輸入-多輸出系統(tǒng)，具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等特點(diǎn);不必建立精確數(shù)學(xué)模型，只考慮輸入輸出關(guān)系即可。

缺點(diǎn)是：存在局部極小問題，會(huì)出現(xiàn)局部收斂，影響系統(tǒng)的控制精度;理想的訓(xùn)練樣本提取困難，影響網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度和訓(xùn)練質(zhì)量;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易優(yōu)化。

(3)二次變換法

二次變換是一種基于能量角度來考慮的新的時(shí)域變換方法。該方法的基本原理是用時(shí)間和頻率的雙線性函數(shù)來表示信號(hào)的能量函數(shù)。

二次變換的優(yōu)點(diǎn)是：可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到信號(hào)發(fā)生尖銳變化的時(shí)刻;精確測(cè)量基波和諧波分量的幅值。缺點(diǎn)是：無法準(zhǔn)確地估計(jì)原始信號(hào)的諧波分量幅值;不具有時(shí)域分析功能。

(4)小波分析法

小波變換是近年來興起的一種算法，由于具有時(shí)域局部化的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于突變信號(hào)和不確定信號(hào)的分析。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多文獻(xiàn)應(yīng)用小波變換對(duì)諧波監(jiān)測(cè)[8]、電磁暫態(tài)波形分析、電力系統(tǒng)擾動(dòng)建模等電能質(zhì)量問題進(jìn)行了研究。

小波變換是一種多尺度分析數(shù)字技術(shù)，它通過對(duì)時(shí)間序列過程從低分辨率到高分辨率的分析，顯示過程變化的整體特征和局部變化行為。

常用的小波基函數(shù)有：Daubechies小波、B小波、Morlet小波、Meyer小波等。

小波變換的優(yōu)點(diǎn)是：具有時(shí)-頻局部化的特點(diǎn)，特別適合突變信號(hào)和不平穩(wěn)信號(hào)分析;可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪、識(shí)別和數(shù)據(jù)壓縮、還原等。

缺點(diǎn)是：在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中運(yùn)算量較大，需要采用DSP等高價(jià)格的高速芯片; 小波分析有“邊緣效應(yīng)”，邊界數(shù)據(jù)處理會(huì)占用較多時(shí)間，并帶來一定誤差。

(5)Prony分析法

Prony分析衰減的思想類似于小波。在該方法中，信號(hào)總是被認(rèn)為可以由一系列的衰減的正弦波構(gòu)成，這些衰減正弦波類似于小波函數(shù)。所以Prony分析方法和小波一樣，可以做多尺度的信號(hào)分析。Prony分析的主要缺點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)。