摘要：近年，随着现代工业技术的快速发展，电力电子技术也发展迅速，越来越多的新能源装置和冲击性负荷被接入电网，使得电网的电能质量扰动问题日益变得严重，给国民生产和生活带来一系列问题，造成了巨大的经济损失。因此必须对这些电能质量扰动问题进行分析和治理，而快速、准确检测出这些电能质量问题以及准确识别出这些电能质量问题的种类是提高电能质量的关键。
关键词：电能质量；扰动检测；识别；研究
导言
大量高、精、尖设备（复杂、精密仪器仪表）的不断普及，对电能质量提出了更高的要求。各种非线性负荷、大型用电设备接入电网，导致电能质量问题日益突出，电能质量的治理势在必行。现代电力系统中，电能质量问题主要包括谐波畸变，电力系统故障及设备的投、切操作所出现的暂态现象，如电压中断、电压暂降、电压暂升、谐波、暂态振荡及电压闪变等。电能质量治理的关键在于如何准确地提取出能表征各电能质量扰动信号的特征参数并做出有效的识别。
1电能质量扰动检测与识别研究现状
随着现代电力系统的深入发展，电能质量问题已成为国内外专家学者的研究热点之一，主要集中在以下及个方面：搭建电力系统中各种电能质量扰动信号的数学模型，通过电力系统动模实验平台和仿真软件模拟实际电能质量扰动；建立在线监控系统实现电能质量的实时评估与监测；分析电能质量问题的成因和产生根源，设计与之对应的设备装置来改善和治理电能质量。对电能质量扰动进行检测与识别能够有效地找到扰动的产生原因及其源头，是提高和改善电能质量的重要环节。但电能质量扰动具有非平稳性、突变性和短时持续性且类型繁多，因此对其进行起止时刻检测并作出类型识别难度很大。
1.11电能质量扰动检测
国内外学者对电能质量扰动检测方法的相关研究成果可归纳为以下四大类：时域分析法，频域分析法，时频域方法，数理统计方法。
1.1.1时域分析法
时域分析法是利用矢量变换检测扰动开始和结束时刻以及扰动信号幅值变化，主要有数学形态学方法[[35，36]、动态测度理论等方法。采用数学形态学滤波和栅格分形来对电压骤降信号检测，通过形态学来改进滤波器性能，利用栅格变化来检测相位变化，能较为准确的检测出扰动起止时刻，但检测的速度和精度还有待提高；一种多结构元素并行复合滤波的数学形态学方法对暂态电能质量扰动检测，可完全地消除噪声，能获得较高精度的扰动起止时刻信息，但滤波器设计复杂，检测的速度相对较慢；提出采用瞬时无功功率理论计算瞬时有功，再结合差相法对电能质量扰动进行定位分析，但存在计算量大、检测耗时长的缺点；文献[41」构造了一种双结构数学形态学滤波器并结合测度算法实现电能质量扰动检测，通过提取信号的极值点来获取时刻信息，对扰动起止时刻进行检测，但检测的精度相对较低。
1.1.2频域分析法
在频域范围内对电能质量扰动信号开始和结束时刻以及扰动幅值变化进行分析，主要有快速傅立叶变换和现代谱分析法等。利用快速傅立叶变换获取电能质量扰动起止时刻信息，但其分辨率单一，时频窗口固定，自适应性差，扰动检测精度相对较低。随着研究的深入，专家学者将现代谱分析法引入到电力系统电能质量扰动分析中，Prony算法用到扰动检测中，利用衰减正弦波对电能质量扰动信号进行拟合得到其起止时刻、幅值和相角等信息，算法运行效率相对较好，但不利于实时性要求高的检测场合。
1.1.3时频域分析法
利用变换的方法将时域转化到时频域，能更加全面地提取出电能质量扰动信号的幅值、频率以及时刻等信息，主要方法有HHT换变换、小波变换短时傅立叶变换等方法。将希尔伯特变换应用到电能质量扰动分析中，克服了离散小波包变换的频谱遗漏问题，能较为准确的获取扰动开始和结束时刻信息，但检测时间相对较长；利用S变换法对电能质量扰动进行检测与分类，检测精度较高，分类相对准确，但存在运算量较大的缺陷，实时性难保证；利用小波变换对电能质量扰动检测与识别，能较好地检测其起止时刻，但采用的是传统小波，运算速度较慢，检测耗时较长；采用短时傅立叶变换方法对电能质量扰动进行分析，检测精度相对较低，由于其时间窗长度和形状相对固定，高、低频特征不能同时体现，存在局限性。
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2基于改进S变换的电能质量扰动分类识别
近年来随着工业和电力电子技术的快速发展，使得电能质量问题日益严重，造成了巨大的经济损失。由于造成电能质量问题的原因繁多，因而必须对电能质量问题进行识别分类，判断出电能质量问题出现的关键，进而采取措施进行治理。电能质量的扰动识别是包含特征提取和模式识别两个部分。首先根据各种扰动模型产生大量的扰动信号，对其每个信号就行改进s变换，得到改进s变换模矩阵，然后通过这个模矩阵提取相关信息组成特征量，再选用合适的分类器就可以进行电能质量扰动的识别了。在本章中将采支持向量机和极限学习机这两种分类方法对谐波、暂升、暂降、振荡、脉冲、谐波+暂降以及谐波+暂升等七种电能质量扰动扰动进行了分类。
2.1基于改进S变换的扰动特征提取
本章利用MATLAB对信号进行仿真，各种电能质量扰动信号及标准正弦信号按照如下模型仿真：
标准正弦信号：g（x）二sin（wot）
谐波信号：g（x）=sin（wot）+Asin（3wat）+Bsin（Swot），0.02‘A，B‘1
电压暂降信号：g（x）_（1-a（u（t-t，）一u（t-t2）））sin（wot）}a=0.1一0.9
电压暂升信号：g（x）=（1+a（u（t一t，）一u（t一t2）））sin（wot），a=0.1一0.9
暂态脉冲信号：g（x）=sin（wot）+2}（t一0.3）
高频振荡信号：g（x）=sin（wot）+Be-A}‘一‘，）sinw}t*[u（t一ti）一u（t一t2）]
以上各式中。（t）表示单位阶跃函数，（t2-t}）表示扰动持续时间，在仿真过程中信号参数随机产生。在本章中，电能质量扰动信号经过改进5变换后得到模时频矩阵，从模矩阵里提取三种曲线进行特征量的提取：频率幅值包络曲线即每个频率点所对应的最大幅值的时间曲线；基频幅值曲线即基频所对应的频率点的时间幅值曲线；时间幅值平方和均值曲线即将所有频率点对应的幅值取平均值的时间幅值曲线。根据大量实验，在本章中将改进S变换中的参数取为30，用于信号处理。
2.2电压暂升信号改进S变换分析
电压暂升信号经过改进S变换后的频率幅值包络曲线只有一个峰值且频率为SOHz，基频幅值曲线则有一个明显的升高阶段，幅值升高阶段实际就是扰动持续时间。其时间平方和曲线也呈现出两个波峰，两个峰值持续的时间同样也可用来显示暂升持续的时间。含有谐波的电压暂升信号，频率幅值包络曲线包含多个波峰分别对应谐波的频率。
2.3基于支持向量机的分类识别
从变换结果可以清楚的发现，改进s变换能够清楚的表现谐波、暂升、暂降、脉冲、振荡、谐波+暂升、谐波+暂降等信号的各种扰动特征。对于谐波信号，可以清楚的发现其频率幅值包络曲线和时间幅值平方和均值曲线为一条直线，与其他扰动的基频幅值曲线明显不同，因而可以将这一特征应用把谐波信号首先区分出来。而对于剩下的信号，首先可以利用基频幅值曲将电压脉冲信号和电压震荡信号区分开来，这两种信号再用时间幅值平方和均值曲线进一步区分。最后的暂升、暂降、谐波+暂降、谐波十暂升等信号就可以用频率幅值包络曲线和基频幅值曲线就可以区分了。
结束语
对电能质量问题的分析主要是为了提高和改善电能质量，各种电能质量扰动问题检测方法为电能质量的控制提供了依据，提出有效的电能质量问题治理方法也是需要研究的问题。
参考文献：
[1J程浩忠，吕干云，周荔丹.电能质量监测与分析【M].北京：科学出版社，2012.
[2]易吉良.基于S变换的电能质量扰动分析【D].长沙.湖南大学，2010.
对电能质量问题的分析主要是为了提高和改善电能质量，各种电能质量扰动问题检测方法为电能质量的控制提供了依据，提出有效的电能质量问题治理方法也是需要研究的问题。
[3]全惠敏.电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究【D].长沙.湖南大学，2010.
论文作者:王丽娟,徐彦超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/22
标签：电能论文; 质量论文; 信号论文; 谐波论文; 曲线论文; 质量问题论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第7期论文;