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电能质量扰动的自动识别和定位相关理论研究

胡为兵  
【摘要】: 近年来,随着电力系统容量不断扩大,各种分布式发电单元逐步接入电网,同时各种大功率的非线性负载,如各种整流设备,电弧炉和开关电源使用不断增加,造成公用电网电能质量日益恶化。而各种不同的电子设备对电压扰动敏感性有增无减,造成了整个电力系统的电能质量越来越受到关注。 基于此提出了综合电能质量测试平台的构架,前端的电能质量监测仪可以实现电能质量稳态指标的计算和显示,并且具有扰动触发单元,一旦监测到电能质量扰动就可以触发记录单元,记录扰动期间的数据,并将其通过变电站通讯系统传输到电能质量分析中心,以便利用傅立叶变换、小波变换、模糊专家系统、谱估计等信号处理方法进行分析,得到更多关于电能质量扰动的信息。本文针对配电系统电能质量扰动监测中波形特征参数的计算、电能质量扰动自动分类以及投切电容的自动辨识和定位进行了全面而深入的研究,取得了如下成果: 本文提出了一种基于滑动窗RMS值和小波变换的电压骤降起止时刻的检测方法。电压骤降是配电系统最普遍的电能质量扰动问题,而电压骤降的主要特征通过骤降的电压RMS值和骤降的时间间隔表征其特性。电压RMS值可以通过直接计算得到,而电压骤降起止时刻的精确检测由于在骤降结束区间波形变化平缓,很难实现。提出的方法充分考虑了电压骤降实际波形的特征,采用滑动窗RMS方法确定电压骤降起止时刻的范围,然后在小波分解尺度d1中采用正态分布三倍标准偏差阈值确定相关的奇异点,而电压骤降的起止时刻对应着小波变换的奇异点,因此通过在确定的范围内搜索小波变换奇异点可以精确地检测骤降的起止时刻。 本文提出了基于小波变换和改进型模糊专家系统的电能质量扰动分类方法。电能质量扰动的检测、定位和分类是电能质量分析的重要方面,特别是扰动分类可以辨识电能质量扰动类型,便于统计配电系统的主要扰动,为电网改善提供实时数据。提出的方法首先利用傅立叶变换、小波变换以及RMS值等计算电能质量扰动信号的特征量,将计算的特征矢量输入到模糊专家系统,通过if-then实现输入到输出的转化,从而可以有效地实现振荡暂态、短时断电、骤降、骤升、电压波动和闪变、谐波、脉冲和陷波等电能质量扰动的自动分类,识别率达到99%。模糊专家系统基于统计研究和专家知识得到特征量的成员函数和规则基,采用模糊推理实现电能质量扰动分类。考虑噪声和谐波对已有模糊专家分类系统的影响,本文通过对隶属函数的改进和增加模糊推理规则基,改善了模糊专家系统在噪声和谐波两种扰动情况的分类识别率,达到了95.25%。 针对电能质量振荡暂态特性难以提取的问题,提出了基于模极大值小波域和总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法,可以实现投切电容的振荡辨识和投切电容的方位确定。小波变换的模极大值对应信号的奇异点实现振荡起止时刻确定,从而得到振荡区间的持续时间。TLS-ESPRIT算法是一种基于子空间的高分辨率信号分析方法,直接以振荡区间的数据构成的数据矩阵为基础,把信号空间分解为信号子空间和噪声子空间,能够高精度地估计振荡信号各分量的频率、阻尼比、振幅和相位等信息。根据估计的主导振荡频率分量的电压和电流的相位角关系就可以确定投切电容相对于测量点的方位。


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