基于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(guó)電力研究院(EPRI)提出的。它通過(guò)控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來(lái)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(qiáng)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(bǔ)償電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)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(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等運(yùn)用于中低壓配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)中，其目的是加強(qiáng)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(dá)MVA級(jí)，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(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、配電系統(tǒng)用靜止無(wú)功補(bǔ)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(cè)裝置

　　由于電能質(zhì)量需要監(jiān)測(cè)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(hào)的分析，監(jiān)測(cè)不同的電能質(zhì)量指標(biāo)使用不同的儀表。如傳統(tǒng)的測(cè)量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測(cè)量功率損耗的有功表、無(wú)功表，測(cè)量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡度計(jì)、電壓波動(dòng)和閃變儀[5]。此類儀器的不足之處是可監(jiān)測(cè)的指標(biāo)少，通用性差、精度較低、自動(dòng)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(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的PC+DSP主從式結(jié)構(gòu)，具有顯示、存儲(chǔ)、通信、人機(jī)對(duì)話等功能。對(duì)一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有較好的效果。

　　目前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)傾向于采用永久性的固定設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)于固定電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備而言，需要綜合考慮成本和性能進(jìn)行專門的研制?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑娔苜|(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在設(shè)計(jì)上具有在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)性好和成本低的特點(diǎn)。基于雙CPU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(guò)2個(gè)CPU擴(kuò)充系統(tǒng)資源，共同分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷，同時(shí)DSP作為高速處理器件也利于保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。這種雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DSP的高速處理能力對(duì)于保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等強(qiáng)大功能而又不犧牲實(shí)時(shí)性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線監(jiān)測(cè)、精度高、升級(jí)潛力大、實(shí)時(shí)性好、體積小、成本低的特點(diǎn)，既適用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量分析，也適用于長(zhǎng)期的在線監(jiān)測(cè)。

　　2.42.4電能質(zhì)量分析方法

　　電力系統(tǒng)中的各種擾動(dòng)引起的電能質(zhì)量問(wèn)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(wèn)題以波形畸變?yōu)樘卣鳎饕ㄖC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(shí)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(shí)域仿真法、頻域分析方法和基于變換的方法。

　　1時(shí)域仿真法

　　時(shí)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(shí)域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問(wèn)題中的各種暫態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行研究。對(duì)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(wèn)題，由于其持續(xù)時(shí)間短、發(fā)生時(shí)間不確定、對(duì)頻域分析提出了較高的要求，較多采用時(shí)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(shí)域仿真計(jì)算的缺點(diǎn)是仿真步長(zhǎng)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(guò)程的頻率覆蓋范圍。此外，在模擬開關(guān)的開合過(guò)程時(shí)，還會(huì)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(lái)。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(guò)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(lái)觀察，但不能將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

　?、谥荒苓m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(guò)程，不適合分析多尺度過(guò)程和突變過(guò)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(lái)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)