變電站電能質(zhì)量分析方法探討論文

　　變電站電能質(zhì)量分析方法的研究具有重要的意義，它能夠保證在電網(wǎng)中有大量的非線性電力電子設(shè)備投入使用時(shí)及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，并且快速做出反應(yīng)保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量符合國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。下面是小編收集整理的變電站電能質(zhì)量分析方法探討論文，希望對(duì)您有所幫助！

　　摘要：電網(wǎng)系統(tǒng)作為居民生產(chǎn)生活的主要?jiǎng)恿�來源，�?duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展起著重要作用。變電站作為我國(guó)現(xiàn)階段配電網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，關(guān)于變電站可靠性和電能質(zhì)量的研究日益受到人們的關(guān)注。本文詳細(xì)的對(duì)變電站電能質(zhì)量存在的問題進(jìn)行了分析，同時(shí)本文對(duì)一些電能質(zhì)量測(cè)量和分析的方法進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：變電站；電能質(zhì)量；分析方法

　　0 引言

　　我國(guó)近年來電力事業(yè)取得了快速的發(fā)展，于此同時(shí)人們對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行的要求也越來越高。電能質(zhì)量的可靠性對(duì)于社會(huì)的安全生產(chǎn)中的影響越來越大。它直接影響到相關(guān)電力用戶的正常的生產(chǎn)活動(dòng)甚至影響到人們的生命健康。變電站作為電能運(yùn)輸和變換的重要節(jié)點(diǎn)，對(duì)電能質(zhì)量起著重要的作用。本文對(duì)分析了的變電站電能質(zhì)量存在的一些問題，并對(duì)電能質(zhì)量的分析方法進(jìn)行了敘述。

　　1 電能質(zhì)量的相關(guān)問題

　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大功率的電力電子設(shè)備被越來越多的工廠采用。這類設(shè)備的大量應(yīng)用造成了非線性負(fù)荷的快速增加，反饋到電網(wǎng)中后會(huì)造成諧波、無功功率和波動(dòng)與閃變等電能質(zhì)量的變壞。電能質(zhì)量變壞后會(huì)造成大量的線路能耗并且危及整個(gè)電網(wǎng)的安全。例如當(dāng)電網(wǎng)中的諧波含量過大時(shí)會(huì)造成線路中的電流畸變非常嚴(yán)重同時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的電能損耗使線路過熱最終會(huì)導(dǎo)致線路發(fā)生火災(zāi)。另外，當(dāng)諧波含量很大超出線路設(shè)計(jì)的要求時(shí)會(huì)影響各種電氣設(shè)備的安全運(yùn)行同時(shí)會(huì)引起線路局部的并聯(lián)或者是串聯(lián)諧振導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。變電站作為電能傳輸?shù)闹匾��?jié)點(diǎn)，能夠?qū)�線路的電能質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，并能夠根據(jù)分析結(jié)果采取措施改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量問題如下表一所示：

　　2 電能質(zhì)量分析方法

　　現(xiàn)階段對(duì)電能質(zhì)量的分析一般包括時(shí)域，頻域和基于某種變換的三大類分析方法。本文對(duì)這三大類分析方法進(jìn)行了一定的探討。

　　2.1 時(shí)域分析法

　　時(shí)域分析法是利用時(shí)域仿真程序?qū)ο嚓P(guān)的電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法，這類分析方法在電能質(zhì)量分析中應(yīng)用的廣�，F(xiàn)階段比較常用的時(shí)域分析方法包括以下幾種EMTP/ATP,NETOMZC,SPICE和SABER等等。電網(wǎng)中各種設(shè)備一般都可以用一定數(shù)量的R、L、C等原件通過不同的組合進(jìn)行相關(guān)的模擬。根據(jù)建立的相關(guān)模型通過計(jì)算機(jī)按照相應(yīng)的時(shí)域分析法對(duì)線路的電能變化進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算模擬。這類方法一般可以通過百年步長(zhǎng)，變階次和梯形積分進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。該類方法可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)線路進(jìn)行模擬，但是由于模擬的步長(zhǎng)決定了模擬的精確度和頻率的范圍，因此要在模擬的是要知道頻率的變化范圍。時(shí)域分析法一般應(yīng)用于以下幾種類型：對(duì)于大功率的電弧爐電壓閃變的模擬；對(duì)于電容器的不固定投切造成的暫態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行分析；對(duì)電氣設(shè)備不正常接地引起的電能質(zhì)量問題進(jìn)行模擬。

　　2.2 頻域分析方法

　　現(xiàn)階段頻域分析方法一般用于諧波頻率分析、諧波的潮流計(jì)算和混合諧波潮流計(jì)算等電能質(zhì)量的分析。[2]在諧波的分析中，

　　上式中，Y_m代表線性網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣，U_m代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電壓， I_m代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電流矢量，m代表電路諧波的次數(shù)。通過向電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中注入電流，根據(jù)上式可以求出每個(gè)節(jié)點(diǎn)諧波的輸入阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗。對(duì)于非線性網(wǎng)絡(luò)中，利用該類方法可以進(jìn)行諧波的潮流計(jì)算。這類方法計(jì)算比較簡(jiǎn)單，在實(shí)際的應(yīng)用中被廣泛的采用。但是對(duì)于非線性網(wǎng)絡(luò)而言有時(shí)計(jì)算的誤差比較大。一般而言頻率掃描和諧波潮流計(jì)算對(duì)于電力電子器件等非線性負(fù)荷的動(dòng)態(tài)模擬具有局限性�；旌现C波潮流計(jì)算分析方法由于能夠很好的反映非線性負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，模擬的準(zhǔn)確度高越來越受到人們的關(guān)注。但是混合諧波潮流計(jì)算的計(jì)算過程非常復(fù)雜計(jì)算所花的時(shí)間比較多。

　　2.3 基于某種變換的分析方法

　　基于某種變換的分析方法近年來在電能質(zhì)量分析中被廣泛的采用，基于某種變換的分析方法一般包括傅里葉變換、小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、勃朗尼分析法等五種分析方法。

　　2.3.1 傅里葉變換法

　　Fourier變換法是傳統(tǒng)經(jīng)典的分析方法，他一般應(yīng)用在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，F(xiàn)ourier變換法包括快速傅里葉變換（FFT）和短時(shí)傅里葉變換法（STFT）兩種變換方法。

　　連續(xù)信號(hào)x(t)的傅里葉變換公式

　　快速傅里葉變換（FFT）作為廣泛采用的變換方法它具有正交、完備等諸多優(yōu)點(diǎn)。在采用快速傅里葉變換（FFT）時(shí)要滿足以下幾個(gè)條件（1）變換必須滿足采樣定理；（2）分析的信號(hào)波形必須是是具有周期性變化和穩(wěn)態(tài)的波形。另外快速傅里葉變換（FFT）是對(duì)全部時(shí)間段進(jìn)行的分析，一旦信號(hào)被*擾或者是出現(xiàn)突變現(xiàn)象都會(huì)影響整個(gè)頻譜。短時(shí)傅里葉變換法（STFT）即是使用加窗的原理對(duì)很小的時(shí)間段信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的采集，從而能夠采用傅里葉變換對(duì)不穩(wěn)定的信號(hào)進(jìn)行處理。但是STFT依然存在很大的局限性，一般STFT只適合于對(duì)變化不是特別大的信號(hào)進(jìn)行分析，另外STFT是采用離散分析法無法進(jìn)行正交導(dǎo)致算法運(yùn)算非常的復(fù)雜。

　　2.3.2 小波變換法

　　小波變換法的窗口是固定的但是它的形狀是可以變換的，具有很好的自適應(yīng)性，因此能夠很好地解決FFT和STFT具有的不足之處并且能夠很好的處理突變信號(hào)。在小波變換中常用的算法是多尺度分析法即MRA 算法。MRA 算法的計(jì)算公式可以表示為：

　　在上式中C0表示0尺度分析系數(shù)，k代表變換系數(shù)，dj用來代表小波變換的系數(shù)。另外在小波變換中φ代表尺度函數(shù)用來分解和重構(gòu)信號(hào)。MRA 算法是小波變換中最重要的經(jīng)典算法，它能夠很準(zhǔn)確的檢測(cè)信號(hào)中的突變或者是非常不平穩(wěn)的信號(hào)。另外它還能夠區(qū)分不同的擾動(dòng)源，與傳統(tǒng)的的拉布拉斯變換相比較它需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間大大的減少。但是從另一方面來講，MRA 算法無法準(zhǔn)確的對(duì)基波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，甚至無法準(zhǔn)確的檢測(cè)源信號(hào)的諧波分量。

　　2.3.3 二次變換法

　　二次變換法又稱為ＱＴ變換，它是根據(jù)能量變換進(jìn)行的時(shí)頻混合的變換方法。信號(hào)x(t)即代表信號(hào)的時(shí)間變化又代表能量隨時(shí)間變化的函數(shù)。因此二次變換法的公式如下：

　　上式一般被稱為Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution。式中h代表窗函數(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)到突變信號(hào)并且對(duì)基波和諧波的準(zhǔn)確的測(cè)量分析，但是該方法無法準(zhǔn)確的對(duì)源信號(hào)的諧波進(jìn)行準(zhǔn)確的分析測(cè)量。

　　結(jié)語

　　變電站電能質(zhì)量分析方法的研究具有重要的意義，它能夠保證在電網(wǎng)中有大量的非線性電力電子設(shè)備投入使用時(shí)及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，并且快速做出反應(yīng)保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量符合國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)時(shí)域分析、頻域分析和基于某種變換的分析三種電能質(zhì)量分析方法進(jìn)行了探討，在探討中發(fā)現(xiàn)每一種電能質(zhì)量分析方法具有優(yōu)點(diǎn)也都同時(shí)存在不足。另外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展傳統(tǒng)的電能質(zhì)量檢測(cè)儀器由于各種因素的影響已經(jīng)不能準(zhǔn)確的反映電能質(zhì)量問題，因此我們?cè)谧冸娬疽�采用先進(jìn)的算法建立有效的分析識(shí)別系統(tǒng)準(zhǔn)確的反映電能質(zhì)量各個(gè)指標(biāo)的變化情況。

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