电能质量的阐述与对策论文毕业文章_论文-管理文章.pdf

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1、引言 随着国民经济的开展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中齐种非线性负 荷及用户不断增长；各种复杂的、精细的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方 而的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更髙，在这样的环境下，探讨电能质量领域 的相关理论及英控制技术，分析我国电能质量管理和控制的开展趋势，具有很强的观实意义。1 衡量电能质量的主要指标 由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达 成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。(1)电压偏差(voltage deviation):是电压下跌(电圧跌落)和电压上升(电压隆起)的总 称。(

2、2)频率偏差(friquencydeviation)：对频率质量的要求全网一样，不因用户而异，各国 对于该项偏差标准都有相关规定。(3)电压三相不平衡(imbalance)：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规 定的标准。(4)谐波和间谐波(harmonics&inter-hamonics)：含有基波整数倍频率的疋弦电压或电 流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次 谐波也属于间谐波。(5)电压波动和闪变(fluctuation&flicker)：电压波动是指在包络线内的电压的有规那 么变动，或是幅值通常不超出 0.91.1 倍电压范围的一系列电

3、压随机变化。闪变那么是指电 压波动对照明灯的视觉彫响。(6)瞬变用电系统干扰设备的平安运行”电压和电流在瞬态下发生的变化，瞬时态是指 瞬流持续的时间非常之短，它可以在数亿分之一秒内完成从迸发到消失的过程。(7)电表电表转速加快，瞬流会严重地影响感性电度表表盘的作用力矩和转速，使表盘发 生阶跃式地转快。其结果，它会导致电度表对一个系统总的用电量的过度计疑，此种过度计 量，最髙幅度可达 30 虬 2 电能质呈:问题的产生 2电能质量问题的定义和分类 电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，苴实质是电压质量问题。电能 质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质疑问题和动态电能质量问题。2.2

4、 电能质疑问题产生原因分析 随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。电力系统元件存在的非线性问题 电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波：直流输 电产生的谐波：输电线路(特别是超髙压输电线路)对谐波的放大作用。此外，还有变电站 并联电容器补偿装垃等因素对谐波的影响。英中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。非线性负荷 在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时 延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安

5、特性是严重非线性的，也会 引起严重的谐波电流，其中 3 次谐波的含量最髙。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐 波电流，对电网造成严重污染，同时也使功率因数降低。电力系统故障 电力系统运行的内外故障也会造成电能质呈:问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人 为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设 备的启动等都将造成各种电能质量问题。3 电能质疑分析方法 3.1 时域仿真法 时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真 程序对电能质量问题中的各种暂态现象进展研究。目前较通用的时域仿真程序有 EMTP、EMTDC、NETOMA

6、C 等系统暂态仿貞程序和 SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程 序。采用时域仿頁汁算的缺点是仿真步长的选取决泄了可模仿的最大频率范仿 I,因此必须事 先知道暂态过程的频率覆盖范困。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。3.2 频域分析法 频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于 电能质量中谐波问题的分析。频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动态特性方面有一立局限性，因此混合谐波 潮流计算法在近些年中开展起来。其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可 准确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。3.3 基于变换的方法

7、 在电能质疑分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有 Fourier变换、神经网络、二 次变换、小波变换和 Prony 分析等 5 种方法。Fourier 变换 Fourier 变换是电能质量分析领域中的根本方法，在实时系统中，通常采用短时 Fourier 变换方法（STFT）和快速 Fourier 变换方法（FFT）。Fourier 变换的优点是算法快速简单。但其缺点也很多：1）虽然能够将信号的时域特 征和频域特征联系起来观察，但不能将二者有机地结合起来。（2）只能适应于确怎性的平稳 信号（如谐波），对时变非平稳信号难以充分描述。（3）STFT 的离散形式没有正交展开，难 以实现髙效算法；只

8、适合于分析特征尺度大致一样的过程，不适合分析多尺度过程和突变过 程。（4）FFT 变换的时间信息利用不充分，任何信号冲突都会导致整个频带的频谱散布；在 不满足前提条件时，会产生“旁瓣和“频谱泄壺现彖。神经网络法 神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的根底，它既是髙度非线性动力学 系统，又是自适应组织系统，可用来描述认知、决策及控制的智能行为。神经网络法的优点是：（1）可处理多输入一多输出系统，具有自学习、自适应等特点。（2）不必建立准确数学模型，只考虑输入输出关系即可。缺点是：门）存在局部极小问题，会出 现局部收敛，影响系统的控制精度：（2）理想的训练样本提取困难，影响网络的训练速度

9、和 训练质量：（3）网络构造不易优化。杂的精细的对电能质量敏感的用电设备越来越多上述两方而的矛盾越来越突出用户对电能质量的要求也更髙在这样的环境下探讨电能质量领域的相关理论及英控制技术分析我国电能质量管理和控制的开展趋势具有很强的观实意义衡共识但是对其主要技术指标都有较为一致的认识电压偏差是电压下跌电圧跌落和电压上升电压隆起的总称频率偏差对频率质量的要求全网一样不因用户而异各国对于该项偏差标准都有相关规电压三相不平衡表现为电压的最大偏移与频率的正弦电压或电流称为间谐波小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波电压波动和闪变电压波动是指在包络线内的电压的有规那么变动或是幅值通常不超出倍电压范围的一系列

10、电压随机变化闪变那么是指电压波动对照明灯的视二次变换法 二次变换是一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的根本原理是用时间 和频率的双线性函数来表示信号的能虽函数。二次变换的优点是：可以准确地检测到信号发生锋利变化的时刻：准确测量基波和谐波分量 的幅值。缺点是：无法准确地估讣原始信号的谐波分量幅值：不具有时域分析功能。小波分析法 小波变换是新的多尺度分析数字技术,它通过对时间序列过程从低分辨率到髙分辨率的 分析，显示过程变化的整体特征和局部变化行为。常用的小波基函数有：Daubcchics 小波、B 小波、Morlet 小波 Meyer 小波等。小波变换的优点是：(1)具有时一频局部

11、化的特点，特别适合突变信号和不平稳信号分 析。(2)可以对信号进展去噪、识别和数据压缩、复原等。缺点是：(1)在实时系统中运算 量较大，需要如 DSP 等髙价格的高速芯片。(2)小波分析有“边缘效应，边界数据处理会 占用较多时间，并带来一定误差。rony 分析法 Prony分析衰减的思想类似于小波。在该方法中，信号总是被认为可以由一系列的衰减 的正弦波构成，这些衰减正弦波类似于小波函数。所以 Prony 分析方法和小波一样，可以做 多尺度的信号分析。Prony 分析的主要缺点是计算时间过长。4 电能质量的控制策略与技术 4.1 几种电能质量控制策略(1)PID 控制：这是应用最为广泛的调节器控

12、制规律，其构造简单、稳泄性好、工作 可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的构造和参数不能完全掌握，或得不到准 确的数学模型时，应用 PID 控制技术最为方便。英缺点是：响应有超调，对系统参数摄动 和抗负载扰动能力较差。(2)空间矢虽控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是：将基于 三相静 1 上坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解 耦控制。常规的矢量控制方法一般采用 DSP 进展处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。(3)模糊逻辑控制：知道被控对象准确的数学模型是使用经典控制理论的”频域法”和

13、现代控制理论的“时域法设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立准确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方 式，对系统特征进展模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。(4)非线性鲁棒控制：超导储能装置(SMES)实际运行时会受到各种不确怎性的影响,因此可通过对 SMES 确实立性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型,既可应用反应线性化方法使之全局线性化，再利用所有线性系统的控制规律进展控制，也可 直接采用鲁棒控制理论设计控制器。4.2FACTS 技术 FACTS,即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，是上世纪 80

14、 年代末期由美国电力 研究院(EPRI)提出的。它通过控制电力系统的根本参数来灵活控制系统潮流，使输送容 量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增 大其电力传输能力。目前有代表性的 FACTS 装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管 控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。杂的精细的对电能质量敏感的用电设备越来越多上述两方而的矛盾越来越突出用户对电能质量的要求也更髙在这样的环境下探讨电能质量领域的相关理论及英控制技术分析我国电能质量管理和控制的开展趋势具有很强的观实意义衡共识但是对其主要技术指标都有较为一致的认识电压偏差是电压下跌电圧跌

15、落和电压上升电压隆起的总称频率偏差对频率质量的要求全网一样不因用户而异各国对于该项偏差标准都有相关规电压三相不平衡表现为电压的最大偏移与频率的正弦电压或电流称为间谐波小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波电压波动和闪变电压波动是指在包络线内的电压的有规那么变动或是幅值通常不超出倍电压范围的一系列电压随机变化闪变那么是指电压波动对照明灯的视4.3 用户电力(Custom Power)技术 用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电 系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT 比 GTO 具有更快的开关

16、频率，并且关断容量已达 MVA 级，因此 DFACTS装置具有更快的响应特性。用户电力技术概念的提出，有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力，也有助于满 足各种新工艺用户对电力供给的更高要求。目前主要的DFACTS 装豊有：有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静 I 匕无功补偿器(D-STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。5 电能质疑控制的开展方向 5.1 研究电能质量分析控制领域的根底性工作 一方而要深入探索电能质量领域的根底性研究工作，包括电能质量的泄义、评价标准与 体系，电能质量问题的表现形式、影响因素、防治方法等。同时，积极研究电能质量控制的 新方法、新

17、技术和新策略，将更为先进、科学的控制理念和控制思想借鉴到电能质虽管理领 域。5.2 推广使用数字化电能质量控制技术 以 DSP 为根底的实时数字信号处理技术在控制领域得到广泛应用，其优点为：可提 高系统稳定性、可靠性和灵活性：由程序控制，改变控制方法或算法时不必改变控制电路:可重复性好，易调试和批量生产：易实现并联运行和智能化控制。随着 DSP 性能的不 断改善和价格的下降，电能质量控制装置将用 DSP 来实现实时信号处理从而取代模拟量控 制。5.3 对电能质量检测技术的新要求 传统的检测仪器一般局限于持续性和稳圮性指标的检测，而且仅测有效值己不能准确描 述实际的电能质虽问题，因此需要开展新的

18、监测技术。具体要求包括：能捕捉快速(ms级 甚至ns 级)瞬时干扰的波形：需要测量各次谐波以及间谐波的幅值、相位：需要有足够 高的采样速率，以便能和得相当髙次谐波的信息。建立有效的分析和自动辩识系统，反映 各种电能质量指标的特征及其随时间的变化规律。5.4 大力开展应用新技术 电力电子技术的应用可以大大提髙电网的电能质量，FACTS、CusPow 等新技术更是为 解决电能质量问题开拓了广阔的前景，同时一些非电力电子技术的开展也很迅猛，将这些技 术融合开展，并合理使用、大力推广，必然会逐步满足电力负荷对电能质量日益提髙的要求。杂的精细的对电能质量敏感的用电设备越来越多上述两方而的矛盾越来越突出用户对电能质量的要求也更髙在这样的环境下探讨电能质量领域的相关理论及英控制技术分析我国电能质量管理和控制的开展趋势具有很强的观实意义衡共识但是对其主要技术指标都有较为一致的认识电压偏差是电压下跌电圧跌落和电压上升电压隆起的总称频率偏差对频率质量的要求全网一样不因用户而异各国对于该项偏差标准都有相关规电压三相不平衡表现为电压的最大偏移与频率的正弦电压或电流称为间谐波小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波电压波动和闪变电压波动是指在包络线内的电压的有规那么变动或是幅值通常不超出倍电压范围的一系列电压随机变化闪变那么是指电压波动对照明灯的视