小波變換暫態(tài)電能質(zhì)量分析及DSP實現(xiàn)

1、北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文小波變換暫態(tài)電能質(zhì)量分析及DSP實現(xiàn)姓名：鄒海燕申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：王學(xué)偉20210528摘要小波變換暫態(tài)電能質(zhì)量分析及實現(xiàn)摘要電能作為一種經(jīng)濟實用、清潔方便且容易控制和轉(zhuǎn)換的二次能源，已成為全世界經(jīng)濟開展及人民生活的重要根底。與此同時，我們看到當代電力系統(tǒng)的電網(wǎng)和負荷構(gòu)成出現(xiàn)了新變化。一方面，電力網(wǎng)絡(luò)不斷擴張，計算機技術(shù)、通信技術(shù)和電力電子新技術(shù)：、在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，使得對系統(tǒng)可靠性要求更高。另一方面，高科技含量的器件、設(shè)備與技術(shù)如微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)等，或由它們構(gòu)成的數(shù)字自動化生產(chǎn)線，相對傳統(tǒng)的機電設(shè)備與負荷而言，對電力擾

2、動的敏感性更加突出，劣質(zhì)電能產(chǎn)生的影響日益嚴重，尤其是原本就已存在卻不以為然的電壓暫降等暫態(tài)電能質(zhì)量問題也突顯出來。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量分析常用傅立葉變換方法，是基于有效值理論，已不適合處理非平穩(wěn)的暫態(tài)電能質(zhì)量信號。因此采用新的分析方法，對暫態(tài)電能質(zhì)量進行正確的檢測、分析和評估就顯得十分必要。本文從電能質(zhì)量定義和國內(nèi)外電能質(zhì)量研究現(xiàn)狀出發(fā)，分析了目前暫態(tài)電能質(zhì)量問題引起廣泛關(guān)注的原因，著重對暫態(tài)電能質(zhì)量擾動信號特點，暫態(tài)電能質(zhì)量擾動分析方法，擾動時間定位及硬件實現(xiàn)方法進行了深入研究。主要內(nèi)容有：、結(jié)合電力系統(tǒng)背景，系統(tǒng)地分析了電能質(zhì)量問題的分類、產(chǎn)生原因、研究背景、主要分析方法及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并

3、系統(tǒng)地建立了暫態(tài)摘要時，在奇異點檢測過程中，對模極大值檢測算法進行了改良，進一步提高測量精度。最后，在所構(gòu)建的硬件實驗平臺上，通過大量實驗定量地研究，波暫態(tài)電能質(zhì)量問題擾動時間定位算法在實際應(yīng)用中的誤差等問題。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量，小波變換，多小波，暫態(tài)信號模型，北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文，：，一行什，：，北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承

4、當。作者簽名：魚邊筵日期：曼鯉乏竺：望關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保存和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保存并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或局部內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在一年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授日期：星鯉星：旦：望日期：皇翌！壘！圣第一章緒論課題研究的目的和意義第一章緒論隨著各種敏感電力電子設(shè)備在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，

5、用戶對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提出了越來越高的要求例如在現(xiàn)代企業(yè)中，由于變頻調(diào)速驅(qū)動器、可編程控制器、計算機信息系統(tǒng)的日益廣泛使用，對電能質(zhì)量的控制提出日益嚴格的要求。這些設(shè)備對系統(tǒng)干擾比一般機電設(shè)備更加敏感，對供電質(zhì)量的要求更苛刻。不管系統(tǒng)是處于正常穩(wěn)態(tài)還是故障暫態(tài)，都需要保證基波正弦的幅值偏差很小，即使只有幾個周期的供電中斷或電壓驟降，也會影響這些設(shè)備的正常工作，造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)美國電力科學(xué)研究院估計，當今與電能質(zhì)量相關(guān)的問題，在美國每年造成的損失高達億美元。劣質(zhì)電能引發(fā)電網(wǎng)大面積停電，造成用戶生產(chǎn)力下降，其社會影響和經(jīng)濟損失是相當嚴重的【墉】。電能質(zhì)量引起的事故在國內(nèi)外屢見不鮮。年月，加

6、拿大魁北克系統(tǒng)中的地感應(yīng)電流導(dǎo)致系統(tǒng)主變飽和，并產(chǎn)生大量諧波，造成電容器組過載，保護動作，系統(tǒng)電壓失穩(wěn)，進而導(dǎo)致整個魁北克系統(tǒng)崩潰【】。美國中西部電網(wǎng)也曾經(jīng)有過類似的報道，其負載為產(chǎn)生諧波較多的調(diào)速系統(tǒng)，雖然諧波沒有超過額定容量，仍引起主變投切失敗。在國內(nèi)，除神朔電氣化鐵道引起附近電廠停機外，甘肅白銀供電局所屬變電站供電的電氣化鐵道在運行中產(chǎn)生次諧波，引起母線電壓畸變左右，次諧波含量達。不難看出，在當代電力系統(tǒng)，深入了解和認識電能質(zhì)量，高度重視電能質(zhì)量下降對供用電系統(tǒng)運行的危害和影響、甚至對社會經(jīng)濟的作用和影響，對全面研究和管理電能質(zhì)量問題具有極其重要的意義。因此，如何深入地理解現(xiàn)代電能質(zhì)量問

7、題，如何從技術(shù)、經(jīng)濟和運行管理等方面加大力度，保證優(yōu)質(zhì)供電，以最小程度地減少對現(xiàn)代工業(yè)、企業(yè)和重要電力用戶的影響，既是電力用戶的要求也是對現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行提出的新任務(wù)，電能質(zhì)量問題的治理已刻不容緩【】。為了保證電網(wǎng)和電氣設(shè)備的平安、可靠、經(jīng)濟運行，必須采取一定的控制、補償技術(shù)，來提高和改善電力系統(tǒng)電能質(zhì)量。這些控制和改善措施得以充分發(fā)揮其作用的首要條件是及時獲得各種擾動源的準確信息。而暫態(tài)電能質(zhì)量擾動的種類繁多、特征復(fù)雜，擾動的特征邊緣可能重疊，現(xiàn)有的電能質(zhì)量監(jiān)測、分析儀器對門檻閉值的設(shè)定依賴性極強，造成門檻閾值難以設(shè)置恰當，加上監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)容量有限，使得記錄到的數(shù)據(jù)是局部和片面的，真正有用

8、的信息往往難以捕捉到。針對隨著信息技術(shù)的飛速開展而暴露的日益嚴重的暫態(tài)電能質(zhì)量問題，需要尋求新的定位、檢測、分析，以及壓縮、識別等方法，制定新的適應(yīng)暫態(tài)電能質(zhì)量評估的各項指標，因此對暫態(tài)電能質(zhì)量問題的研究，在理論和應(yīng)用方面具有重要的意義。北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文電能質(zhì)量問題的提出隨著電力系統(tǒng)的不斷開展及電網(wǎng)中各類非線性負荷的不斷增加，電能質(zhì)量的監(jiān)測、管理和控制已經(jīng)越來越受到各方面的關(guān)注。計算機、電力電子和信息技術(shù)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的開展和普及，對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求，電能質(zhì)量問題成為投資商在投資大型工程時的一個主要考核標準。中國技術(shù)監(jiān)督局從年到年相繼公布了涉及電能質(zhì)量的個國家標準，這些標準

9、分別規(guī)定了電壓偏差、公用電網(wǎng)諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡、頻率偏差、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓的監(jiān)測標準、監(jiān)測方法和監(jiān)測設(shè)備的要求。因此，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量進行有效的監(jiān)測成為一項緊迫而重要的工作。電能質(zhì)量監(jiān)測是評估電能質(zhì)量水平和發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題的主要手段，也是改善電能質(zhì)量的前提。如果能夠?qū)﹄娔苜|(zhì)量做出精確的檢測和分析，就可以對電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平和造成的各種電能質(zhì)量問題的原因做出分析和判斷，為電能質(zhì)量的改善提供依據(jù)。電能質(zhì)量的定義與種類一個理想的電力系統(tǒng)應(yīng)以恒定的頻率或和正弦波形，按規(guī)定的電壓水平標稱電壓對用戶供電。在三相交流電力系統(tǒng)中，各相的電壓和電流應(yīng)處于幅值大小相等，相位互差度的對稱狀態(tài)

10、。由于系統(tǒng)各元件發(fā)電機、變壓器、線路等參數(shù)并不是理想線性或?qū)ΨQ的，負荷性質(zhì)各異且隨機變化，加之調(diào)控手段的不完善以及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)在實際中并不存在，由此產(chǎn)生了電網(wǎng)運行、電氣設(shè)備和用電中的各種各樣的問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。從普遍意義上講，電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。但迄今為止，對電能質(zhì)量的技術(shù)含義還存在著不同的認識，這是由于人們看問題的角度不同所引起的，如電力企業(yè)可能把電能質(zhì)量簡單看成是電壓偏差與頻率偏差的合格率，并且用統(tǒng)計數(shù)字來說明電力系統(tǒng)電能的或更高是符合質(zhì)量要求的；電力用戶那么可能把電能質(zhì)量籠統(tǒng)地看成是否向負荷正常供電；而設(shè)備制造廠家那么認為合格的電能質(zhì)量

11、就是指電源特性完全滿足電氣設(shè)備正常設(shè)計情況的需要，但實際上不同廠家和不同設(shè)備對電源特性的要求可能相去甚遠。另一方面，對電能質(zhì)量的認識也受電力系統(tǒng)開展水平的制約，特別是用電負荷的不同性能和結(jié)構(gòu)也對電能質(zhì)量提出了不同的要求。著名電能質(zhì)量專家認為：廣義的電能質(zhì)量涉及系統(tǒng)可靠性、設(shè)備絕緣、長時間供電中斷、三相電壓不平衡、電力電子設(shè)備及其與供電系統(tǒng)的相互作用等內(nèi)容；狹義的電能質(zhì)量就是波形畸變。而另一位專家將電能質(zhì)量問題定義為由于電壓、電流和頻率偏移正常值導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或誤動作的任何供電問題。第一章緒論標準化協(xié)調(diào)委員會已正式采用“電能質(zhì)量這一術(shù)語，并且給出了相應(yīng)的技術(shù)定義：合格電能質(zhì)量的概念是指給敏感設(shè)

12、備提供的電力和設(shè)備的接地系統(tǒng)是均適合于該設(shè)備正常工作的。與不同，并沒有采用電能質(zhì)量這個術(shù)語，而是提到“電磁兼容術(shù)語，強調(diào)設(shè)備與設(shè)備之間的相互作用和影響，以及電源與設(shè)備之間的相互作用和影響，并在此根底上制定出一系列相關(guān)的電磁兼容標準。電磁兼容術(shù)語與電能質(zhì)量術(shù)語之間具有很大的重疊性，因此具有很多同義詞。電力系統(tǒng)中各種擾動引起的電能質(zhì)量問題主要分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩大類【引。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)樘卣?，主要包括三相電壓不平衡、電壓波動與閃變、電壓偏移、頻率偏移以及其他以波形畸變?yōu)樘卣鞯闹C波、間諧波、陷波等現(xiàn)象；暫態(tài)電能質(zhì)量問題主要包括短時電壓改變以及各種暫態(tài)現(xiàn)象。其中短時電壓改變是指由于系統(tǒng)故障或較

13、大負載變換所引起節(jié)點電壓方均根值在短時間內(nèi)隨時間改變的現(xiàn)象，包括電壓驟升、電壓驟降以及瞬時中斷等現(xiàn)象；暫態(tài)現(xiàn)象通常是指暫態(tài)過電壓，可分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩類。另外，如短時沖擊諧波和間諧波在本質(zhì)上仍然是時變信號，雖然國內(nèi)和國際標準未對其作出確定的劃分，但本文認為仍應(yīng)該屬于暫態(tài)電能質(zhì)量問題，因為它同樣具有暫態(tài)電能質(zhì)量的特征。有關(guān)電能質(zhì)量擾動問題，一直引起各國的密切關(guān)注。第標準協(xié)調(diào)委員會和其他國際委員會最近推薦采用種專用術(shù)語來說明電能質(zhì)量的主要擾動，現(xiàn)就這些擾動進行簡要介紹：斷電：在一定時間內(nèi)，一相或多相完全失去電壓低于稱為斷電。頻率偏差：遵循各國自己的標準。電壓驟降：持續(xù)時間為周波分鐘，幅值為至

14、，系統(tǒng)頻率仍為標稱值。電壓驟升：電壓或電流暫時性超過標稱值者稱為電壓驟升。系統(tǒng)頻率仍為標稱值，持續(xù)時間為周波分鐘，幅值為至。瞬時脈沖或突波：表示了在兩個連續(xù)穩(wěn)態(tài)之間的一種在極短時間內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象或數(shù)量變化。瞬時脈沖可以是任一極性的單方向脈沖，也可以是發(fā)生在任一極性的阻尼振蕩波第一個尖峰。電壓波動：是在包絡(luò)線內(nèi)電壓的有規(guī)那么變動，或是幅值通常不超出范圍的一系列電壓隨機變化。這種電壓變換往往稱為閃變。閃變這個專用術(shù)語是來自電壓波動對照明燈的視覺影響。對輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生電壓閃變的最常見原因是電弧爐。電壓切痕：是一種持續(xù)時白小于周波的周期性電壓擾動。電壓切痕主要是由于電力電子裝置在兩相間發(fā)生瞬時短路時電流

15、從一相轉(zhuǎn)換到另北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文一相而產(chǎn)生的。電壓切痕的頻率非常高，用常規(guī)的諧波分析設(shè)備很難測量出。這就是過去從未有過此項電壓擾動內(nèi)容，直到最近才正式列入的原因。諧波：含有基波整數(shù)倍頻率的正弦波電壓和電流稱為諧波，產(chǎn)生畸變后的波形可分解為基波和許多諧波分量之和。諧波是由于電力系統(tǒng)和電力負荷中的非線性特性造成的。隨著用電設(shè)備對諧波敏感性的日益增加，高次諧波越來越受到注意并規(guī)定了限額。間諧波：含有基波的非整數(shù)倍頻率的電壓和電流稱為間諧波，小于基波頻率的分數(shù)諧波也屬于此類。間諧波主要來源于靜止變頻器、循環(huán)換流器、感應(yīng)電動機和電弧發(fā)生裝置。過電壓：是指電壓幅值超過標稱電壓且持續(xù)時間大于分鐘。欠電

16、壓：是指電壓幅值小于標稱電壓且持續(xù)時間大于分鐘。表【】對電力系統(tǒng)中發(fā)生的主要電能質(zhì)量問題的性質(zhì)、特征指標、產(chǎn)生原因、后果以及解決方法作出了系統(tǒng)的歸納。國際電氣電子工程師協(xié)會標準化委員直轄市委員會制定了電力系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的特征參數(shù)及分類，如表所示。電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因暫態(tài)電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，發(fā)生的頻度較為偶然，它主要是系統(tǒng)遭受外來干擾、或內(nèi)部故障、或正常操作情況下發(fā)生，而且與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)聯(lián)系強度、感覺設(shè)備敏感負荷的用電特性等因素有關(guān)；相同的干擾在不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及聯(lián)系強度下產(chǎn)生的效果指標參數(shù)不同，相同的干擾在相同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及聯(lián)系強度下對不同的響應(yīng)源敏感負荷所感受的程度及產(chǎn)生的效果也不

17、相同。一般來說，擾動能量的傳遞遵循由高電壓等級損失較小地向低電壓等級傳輸，同時在同電壓等級之間根據(jù)聯(lián)系緊密程度也進行傳輸。引起暫態(tài)電能質(zhì)量問題的主要原因可歸結(jié)為以下幾個方面：、電力系統(tǒng)短路故障這是最普遍、最明顯、最直觀的干擾因素。電力系統(tǒng)的短路故障總是伴隨著瞬間的電壓跌落、中斷，這種擾動傳播的強度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電器參數(shù)存在密切的關(guān)系。另外，這種擾動同樣能夠由低電壓等級向高電壓等級傳播，只不過范圍及強度較弱而已。短路干擾產(chǎn)生的跌落幅值可通過理論計算或數(shù)字模擬或動態(tài)模擬獲取，其手段可根據(jù)具體情況選擇，例如成熟的短路計算、開放式專業(yè)化的計算仿真工具，國內(nèi)也具有相當水平的動態(tài)模擬實驗站電科院、西高所對實

18、際電網(wǎng)進行模擬操作。這種干擾所持續(xù)的時間與系統(tǒng)的保護設(shè)置及保護設(shè)備、開關(guān)設(shè)備的固有動作時間有關(guān)。一般短路故障從發(fā)生到切除根本持續(xù)個周波左右。另外，重合閘設(shè)備的動作使第一章緒論得這種擾動更加復(fù)雜，需認真對待分析。、閃絡(luò)或線路對地放電雷擊引起絕緣子閃絡(luò)、陰雨季節(jié)春秋季或鳥糞引起絕緣子污閃、或者其他形式的線路對地放電是造成電壓跌落和供電中斷的一個較普遍、發(fā)生幾率較大的因素，帶有一定的天災(zāi)人禍性質(zhì)。、電力系統(tǒng)正常的開關(guān)操作電力系統(tǒng)正常的斷路器投切一般伴隨著瞬間的電壓跌落，但幅度一般不大。但如果合閘較大負荷，往往產(chǎn)生不可無視的電壓跌落。、儲能性電器設(shè)備的正常操作、一些典型的沖擊性負荷的生產(chǎn)過程，主要包括

19、：交直流煉鋼電弧爐在同電壓等級供電母線軋機、提升機、絞車電動機的啟動特別大容量、高頻度啟動的電機電焊設(shè)備電能質(zhì)量擾動的特點電能質(zhì)量擾動具有如下特點：不完全來源于電力生產(chǎn)部門有的擾動例如諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度往往是由用戶造成的：電能質(zhì)量擾動發(fā)生地點和持續(xù)時間的長短不定即電能質(zhì)量在空間和時間上均處于動態(tài)變化之中；電能質(zhì)量擾動和用電設(shè)備性能密切相關(guān)當擾動水平與電氣設(shè)備的容許偏差存在差異時，一方面要求電力供給者努力提高電能的供電質(zhì)量，減小、消除擾動的影響；另一方面也要求電氣設(shè)備不僅應(yīng)能在規(guī)定的標準值之內(nèi)正常運行，而且應(yīng)具備承受短時超標運行的能力。北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文表電能質(zhì)量問題一

20、覽類型擾動性質(zhì)特征指標產(chǎn)生原因后果解決方法第一章緒論表電力系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的種類和特征種類典型頻譜成分典型持續(xù)時間典型電壓幅值電能質(zhì)量問題的危害電網(wǎng)電壓的波動、跌落、驟升、不平衡、諧波等除了影響電能質(zhì)量敏感符合正常工作外，還會有以下幾項危害：使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加損耗，降低發(fā)電、輸電以及用電設(shè)備的效率和使用壽命；導(dǎo)致繼電器保護和自動裝置的誤動作，并可能使電氣測量儀表計量不準；產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部過熱；諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，甚至損壞；諧波還會導(dǎo)致公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，大大增加了諧波的危害性，有時會引起嚴重的事故；北京化工大

21、學(xué)碩士學(xué)位論文高次諧波還會對臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲、降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信息喪失，使通信系統(tǒng)無法正常工作；在電壓嚴重不平衡時，會使對于電壓過零點有嚴格要求的某些直流電機發(fā)生故障。電能質(zhì)量標準電能質(zhì)量指標是電能質(zhì)量各個方面的具體描述，不同的指標有不同的定義。參考標準，從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的根本現(xiàn)象分類如下：低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：諧波、間諧波、電壓波動、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時斷電，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應(yīng)電壓，交流網(wǎng)絡(luò)中的直流；低頻輻射現(xiàn)象：磁場，電場；高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：感應(yīng)連續(xù)波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài)：高頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場、電磁場連續(xù)波、瞬態(tài)；

22、靜電放電現(xiàn)象。電能質(zhì)量是一個抽象的概念，內(nèi)涵豐富，外延廣闊，為了便于開展電能質(zhì)量工作，國際上制定了各種電能質(zhì)量標準。制定了電能系統(tǒng)諧波控制標準和要求【】、電能質(zhì)量監(jiān)測推薦標準【。把電能質(zhì)量歸為電磁兼容范疇，在局部標準系列中，制定了專門的電能質(zhì)量標準，主要有電能質(zhì)量測量方法、供電系統(tǒng)及其連接設(shè)備的諧波與間諧波測量與儀器通用指南、閃變儀功能與設(shè)計標準。年月，歐洲電工標準化委員會也公布了一個電能質(zhì)量標準，稱為?：公用配電系統(tǒng)供電電壓特性?，作為歐洲共同市場對中低壓電能質(zhì)量的統(tǒng)一標準。目前在國際上流行的主要電能質(zhì)量標準即為上述的標準和標準。為了保證我國的電能質(zhì)量，我國在參考兩大電能質(zhì)量標準的根底上，結(jié)

23、合自己國家國情，制定出自己的電能質(zhì)量標準。到年底，我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局相繼發(fā)布了六項電能質(zhì)量國家標準其中二項標準已經(jīng)修訂過，即：?電能質(zhì)量供電電壓容許偏差?修訂版?電能質(zhì)量電壓波動和閃變?修訂版?電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波?電能質(zhì)量三相電壓容許不平衡度?電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率容許偏差?電能質(zhì)量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓?第一章緒論標準規(guī)定了交流電力系統(tǒng)中作用于電氣設(shè)備穩(wěn)態(tài)電壓、頻率、三相平衡度、波動和閃變、波形畸變以及暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓要求、電氣設(shè)備的絕緣水平以及過電壓保護方法。但是電能質(zhì)量標準體系遠沒有完善，以和我國為例，電能質(zhì)量標準規(guī)定的就過于簡單和籠統(tǒng)?；谶@種情況，國內(nèi)外正在加快電能質(zhì)量標準

24、的制定步伐。我國已經(jīng)著手進行?電能質(zhì)量檢測設(shè)備通用要求?和?電能質(zhì)量電壓暫態(tài)和短時斷電?標準制定工作。此外，我國還為此公布了電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求?和?廠電能質(zhì)量測試分析儀檢定規(guī)程?，對“電能質(zhì)量測量設(shè)備的“質(zhì)量予以規(guī)定。暫態(tài)電能質(zhì)量分析的現(xiàn)狀及存在的問題國內(nèi)外現(xiàn)狀電能質(zhì)量過去的研究主要集中在諧波相關(guān)的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題上。由于受到檢測技術(shù)的限制，對配電系統(tǒng)中普遍存在的諸如電壓驟降、電壓驟升、暫態(tài)擾動等各種暫態(tài)電能質(zhì)量問題研究較少。隨著配電系統(tǒng)中電能質(zhì)量水平與用戶對其要求之間的差距日益加大，所帶來各種問題已引起各國電力工作者的高度重視，暫態(tài)電能質(zhì)量也已逐漸成為供電部門和廣闊用戶共同關(guān)心的問題，

25、研究和開發(fā)電能質(zhì)量領(lǐng)域的新技術(shù)已成為近年來電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的新熱點【，。盡管諧波問題始終是電能質(zhì)量的一個重要課題，但隨著廣闊用戶對電能質(zhì)量問題的日益關(guān)注，對于電能質(zhì)量的研究已不限于單一穩(wěn)態(tài)諧波，而是需要進一步擴展到配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種暫態(tài)電能質(zhì)量問題，這表明了電能質(zhì)量領(lǐng)域的研究已進入到一個更深的層次。為了解決日益下降的電能質(zhì)量對國民經(jīng)濟各行業(yè)經(jīng)濟平安運行的威脅和提高人民生活質(zhì)量的需要，世界各國都十分重視電能質(zhì)量問題。國外對電能質(zhì)量的研究工作開展比較早，取得了一些比較成熟的研究成果。美國電力科學(xué)研究院，自世紀年代就將“列入其個主要研究領(lǐng)域之中。截止年底，與電能質(zhì)量有關(guān)的工程、研究和報告到達一萬九

26、千多項。其它許多著名的協(xié)會和機構(gòu)，如、等都制定了相關(guān)標準。一些大的公司和企業(yè)如、等也參與到電能質(zhì)量市場中來，和國際大電網(wǎng)組織也都成立了相應(yīng)的工作組進行理論研究。年美國為解決電壓中斷問題投入的費用為萬美元，年美國為改善電能質(zhì)量投入的費用為億美元，美國為解決電壓瞬變投入的費用為億美元；年全球為改善電能質(zhì)量投入的費用為億美元，年全球為改善電能質(zhì)量投入的費用為億美元。我國電力系統(tǒng)建設(shè)長期是重發(fā)電、輕供電，更輕視供電質(zhì)量。在我國發(fā)電和配電的投入比例約為：，而國外興旺國家一般為：。目前，我國北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文已經(jīng)開始大幅度提高電網(wǎng)建設(shè)的投資，國家電力科學(xué)研究院成立了“電能質(zhì)量及電機研究室，進行電力污

27、染治理和電能質(zhì)量多個方面研究。安徽大學(xué)于年成立了我國高校第一個電能質(zhì)量實驗室國電公司。年發(fā)布的?關(guān)于加快城市電網(wǎng)建設(shè)改造的假設(shè)干意見?中強調(diào)，城網(wǎng)建設(shè)的投資應(yīng)占總電力建設(shè)投入的，提高電能質(zhì)量是城網(wǎng)建設(shè)改造要實現(xiàn)的四大目標之一。年月經(jīng)教育部批準成立了“教育部電能質(zhì)量工程研究中心。清華大學(xué)、四川大學(xué)、華北電力大學(xué)等許多高校隨后也開展了相關(guān)方面的研究。上海寶鋼安大電能質(zhì)量、安徽振興工貿(mào)公司等一些新興企業(yè)設(shè)計了一些相關(guān)產(chǎn)品，并到達了一定市場規(guī)模。小波變換的出現(xiàn)為電能質(zhì)量分析開辟了新的研究方向。目前，已有不少學(xué)者開始這方面的研究，主要集中在應(yīng)用小波變換方法進行電能質(zhì)量擾動與定位、電能質(zhì)量擾動信號數(shù)據(jù)壓縮

28、、電能質(zhì)量擾動識別以及暫態(tài)電能質(zhì)量擾動建模與分析等方面的研究。常用的小波基函數(shù)有：小波、一樣條小波、小波、小波等；常用的算法有在多分辨分析根底上提出的塔式快速小波算法算法。國外最早關(guān)于小波變換在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的文章就是針對電能質(zhì)量的評估展開的。國內(nèi)期刊上首次出現(xiàn)這方面的文章是在年的徐永海，肖湘寧等人的?小波變換在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用?一文中【。到目前為止，在這方面的工作已經(jīng)是國際上研究的熱點。年，首先提出小波變換是評估電能質(zhì)量的有效方法【。該文用和小波函數(shù)分別對電壓跌落、平頂波和諧波畸變進行小波變換，實現(xiàn)了對電能質(zhì)量擾動的檢測與時間定位。但并未討論小波母函數(shù)的選擇對檢測結(jié)果的影響。同年，首次指

29、出小波變換是分析電力系統(tǒng)非平穩(wěn)諧波畸變的新工具【。年，掣采用連續(xù)小波變換對電壓驟降的檢測與定位進行了研究，提出了一種基于小波變換的電壓驟降檢測新方法【引。首先對擾動信號進行連續(xù)小波變換，通過對得到的小波變換局部模極大值進行分析處理，實現(xiàn)了電壓驟降開始時刻與結(jié)束時刻的精準定位；然后結(jié)合離散正交小波變換對電壓驟降的幅值進行檢測。盡管該方法實現(xiàn)了電壓驟降擾動的檢測與定位，但由于采用連續(xù)小波變換，因此存在計算時間長、計算量大的缺點，不太適合實際應(yīng)用。此外，該文獻只是對人為構(gòu)造的電壓驟降信號進行檢測，而沒有采用實測或仿真得到的擾動信號進行檢驗，因此該方法的有效性還待證實。年，采用了小波，利用連續(xù)小波變換

30、不僅對電壓驟降擾動進行了檢測，而且還對電壓驟升、周期性陷波、暫態(tài)振蕩以及閃變等其他電能質(zhì)量問題進行了研究【。年，提出一種變深度檢測法來解決基于小波變換的電壓驟降幅值檢測中的誤差問題，但是檢測精度仍然不如傳統(tǒng)的基于均方根值的電壓驟降幅值檢測方法【們，并通過分析比較得出小波是小波系中最適用于檢測電能質(zhì)量擾動的小波的結(jié)論【。年，東南大學(xué)的胡銘，陳珩等人研究了基第一章緒論于小波變換模極大值的電能質(zhì)量擾動檢測與定位方法。年，嚴居斌等人也分別發(fā)表文章，利用連續(xù)小波變換后的時頻相平面圖可以檢測電壓跌落和瞬時過電壓；此外，利用小波變換的模極大值理論同樣可精確地對電壓跌落的發(fā)生、恢復(fù)時刻進行定位。年，等人傾向于

31、對傅氏變換和小波變換下電壓下降的三個指標：、最大值和基頻幅值進行比較，該文同時還分析了不同時窗選擇的重要性【。此后，李天云等人提出了電能質(zhì)量擾動分類和檢測的雙小波分析法。利用雙小波和各自優(yōu)點把種電能質(zhì)量擾動電壓凹陷、電壓凸起、電壓間斷、暫態(tài)脈沖和暫態(tài)振蕩從含有噪聲的采樣信號中鑒別出來【】。但該方法要經(jīng)過兩次小波變換，對信號進行重復(fù)分解，計算量大。綜合已發(fā)表的文獻，目前基于小波變換的電能質(zhì)量擾動檢測與定位所采用的小波及相位算法大體上可以分為兩大類：一是采用連續(xù)小波變換，盡管其具有檢測精度高、抗噪性能好的優(yōu)點，但由于計算量太大，限制了它在實際中的應(yīng)用。另外是采用離散正交小波變換，該方法具有實現(xiàn)簡單

32、、計算效率高等優(yōu)點，克服了連續(xù)小波變換的缺點，已成為電能質(zhì)量擾動分析中普遍采用的方法。但由于該方法抗噪能力不如連續(xù)小波變換，當檢測環(huán)境中的背景噪聲較強時，該方法的檢測精度將大大下降。多小波理論是近幾年來在小波理論根底之上開展起來的一種新的小波構(gòu)造理論。與單小波相比，多小波可同時具有對稱性、正交性和緊支撐性等，分析工具同時擁有這三種性質(zhì)是十分重要的。目前在多小波理論的研究中，一個研究熱點在于多小波函數(shù)的構(gòu)造。這集中等價于多小波高通和低通濾波器的構(gòu)造，這方面】、楊守志、程正興【等人做了大量的工作，開展出一系列關(guān)于從單小波構(gòu)造多小波和正交、雙正交多小波構(gòu)造方面的理論和方法【筇州，產(chǎn)生了較大的影響。然

33、而多小波的構(gòu)造計算量大、構(gòu)造方法復(fù)雜，其在理論和應(yīng)用方面均不夠完善，需要進一步深入研究。多小波理論的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在信號處理方面。在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究主要是西南大學(xué)的錢清泉，劉志剛等人，主要研究方向是多小波在電力系統(tǒng)暫態(tài)故障信號的處理方面的應(yīng)用。年西南交通大學(xué)劉志剛在其博士論文中，嘗試多小波在電力系統(tǒng)故障信號處理中的應(yīng)用【列；年，劉志剛，錢清泉等人，以電力系統(tǒng)故障電壓信號為原始信號，探討了多小波在故障檢測、故障數(shù)據(jù)壓縮以及故障信號去噪方面的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)小波進行了詳細比較。仿真算例說明，選擇適宜的預(yù)處理方法，多小波總體上能比傳統(tǒng)小波取得更好的效果【】；同時，通過對不同預(yù)后處理方法的多小波分

34、解結(jié)果的比照，以及對不同類型信號的多小波與傳統(tǒng)小波的重構(gòu)誤差的詳細比較和討論，認為多小波比傳統(tǒng)小波更適合于對信號的精確重構(gòu)，適合用于對電力系統(tǒng)暫態(tài)故障信號的處型；此外，年北京電力公司的梁勁，周靜等人將多小波進行輸電線的故障定位，并和小波定位結(jié)果進行了比照，驗證了利用多小波進行故障定位，定位精度要比用小波精度蒯。北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文綜上，多小波理論研究與實際應(yīng)用尚處于開展的初級階段，其在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的應(yīng)用相對較少，但多小波的理論特性決定了其能更好的識別干擾源，以及對電能質(zhì)量問題進行診斷、定位和分類。同時，多小波相比傳統(tǒng)小波，每次分解可以得到重信息，能夠更好確實定擾動信號的發(fā)生時刻和持續(xù)時間

35、，準確提取暫態(tài)信號的時間特征，并對電能質(zhì)量問題進行診斷、定位和分類。因而對于多小波在電能質(zhì)量信號分析中應(yīng)用的研究具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。存在的問題及分析近二十年來國內(nèi)外該領(lǐng)域的研究結(jié)果及發(fā)表的文獻說明，小波變換是分析非平穩(wěn)信號的有力工具。將小波變換方法用于電能質(zhì)量分析領(lǐng)域，尤其是暫態(tài)過程分析領(lǐng)域?qū)⒕哂凶儞Q、所無法比較的優(yōu)點。小波理論在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，例如信號濾波與去噪，暫態(tài)信號檢測與分類、諧波分析、繼電保護、故障測距、數(shù)據(jù)壓縮及故障錄波、設(shè)備故障診斷、電能質(zhì)量評估、電磁暫態(tài)波形分析和電力系統(tǒng)擾動建模等方面均有相應(yīng)的研究與應(yīng)用，并取得了很好的應(yīng)用成果。而多小波是近幾年開展起來的一種基于小波

36、分析的新理論。它可同時具有對稱性、正交性、短支撐性、高階消失矩等特點，這是傳統(tǒng)小波所不能比較的優(yōu)勢。多小波在電力系統(tǒng)中已經(jīng)有了初步的應(yīng)用，但在理論研究和應(yīng)用方面可以說仍處于起步階段。目前國內(nèi)外關(guān)于小波變換和多小波變換在電能質(zhì)量問題分析的研究中還有一些影響實際應(yīng)用的理論和技術(shù)問題需要解決，其中包括：在電網(wǎng)信號日益復(fù)雜的情況下，尋找能夠兼顧暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題分析的小波函數(shù)。多小波在應(yīng)用方面，由于其同時能具有許多好的性質(zhì)，應(yīng)用過程必然能夠得到較好的結(jié)果。但多小波在應(yīng)用過程中的條件以及能夠相對于傳統(tǒng)小波表達出優(yōu)勢的情況下對處理對象的適用范圍尚需進一步研究。傳統(tǒng)的小波和多小波變換運算時間較長，難以解

37、決電能質(zhì)量分析的實時性問題，因而需要研究更高效的分解算法。本課題的主要研究內(nèi)容結(jié)合國內(nèi)外電能質(zhì)量分析研究現(xiàn)狀，本文主要針對小波變換暫態(tài)電能質(zhì)量分析方法中存在的問題展開研究，主要的研究內(nèi)容可分為算法研究和硬件實現(xiàn)兩大局部：算法研究局部中，本文對基于小波變換和多小波變換的暫態(tài)電能質(zhì)量問題分析算法進行深入研究，尋求更優(yōu)的暫態(tài)電能質(zhì)量問題分析的工具和方法。本文首先根據(jù)電網(wǎng)中非穩(wěn)態(tài)信號的特點，依照標準，全面系統(tǒng)地建立了暫第一章緒論態(tài)電能質(zhì)量擾動信號模型；研究了整數(shù)小波變換的電能質(zhì)量問題擾動時間定位的方法和基于多小波變換的對暫態(tài)脈沖信號，電壓凹陷信號，高頻擾動信號和電壓切痕信號等電能質(zhì)量問題分析算法；同時

38、，研究了電能質(zhì)量綜合評估小波函數(shù)選取原那么，通過對系列小波特性的研究比較，選取出適合電能質(zhì)量綜合評估的小波；此外，采用多種多小波進行暫態(tài)擾動時間定位分析，并與基于傳統(tǒng)小波變換的測量結(jié)果進行比較。通過實驗數(shù)據(jù)的比較得出多小波在電力信號處理，尤其是暫態(tài)信號處理方面的特點與優(yōu)勢。在上述理論研究成果的根底上，本文設(shè)計了適用于上實現(xiàn)的整數(shù)小波暫態(tài)電能質(zhì)量問題擾動時間定位測量算法，兼顧算法的精度與硬件的實時實現(xiàn)。本文在對多相型濾波器的結(jié)構(gòu)進行理論分析的根底上，運用整數(shù)小波對暫態(tài)電能質(zhì)量問題的擾動時間進行定位計算；完成了小波暫態(tài)電能質(zhì)量問題擾動時間定位測量算法的設(shè)計與實現(xiàn)，其中包括數(shù)據(jù)采集模塊、小波變換模塊、擾動時間定位測量模塊；此外，在進行奇異點檢測時，對模極大值法進行了改良，進一步提高測量準確度；并通過實驗定量地研究了小波暫態(tài)電能質(zhì)量問題擾動時間定位算法在實際應(yīng)用中的誤差等問題。本文的創(chuàng)新點從目前國內(nèi)外發(fā)表的文獻來看，本文具有如下的創(chuàng)新點：對電能質(zhì)量分析中的小波穩(wěn)態(tài)信號與暫態(tài)信號的分析能力進行了綜合評價。提出了采用、波包變換，進行電能質(zhì)量問題綜合性能評估的方法。到達通過一次變換即能準確地對穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電能質(zhì)量問題進行檢測的目的。仿真結(jié)果說明該方法具有很高的計算效率和準確度，對實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合性能評估有較好的應(yīng)用價值。提出了適用于上實現(xiàn)的整數(shù)小波暫態(tài)電能質(zhì)量問題擾動時間定位測量