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)備投入使用時及時的發(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)生活的主要動力來源，對國家經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展起著重要作用。變電站作為我國現(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)的對變電站電能質(zhì)量存在的問題進(jìn)行了分析，同時本文對一些電能質(zhì)量測量和分析的方法進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：變電站；電能質(zhì)量；分析方法
0 引言
我國近年來電力事業(yè)取得了快速的發(fā)展，于此同時人們對電網(wǎng)的可靠運(yùn)行的要求也越來越高。電能質(zhì)量的可靠性對于社會的安全生產(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)，對電能質(zhì)量起著重要的作用。本文對分析了的變電站電能質(zhì)量存在的一些問題，并對電能質(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)中后會造成諧波、無功功率和波動與閃變等電能質(zhì)量的變壞。電能質(zhì)量變壞后會造成大量的線路能耗并且危及整個電網(wǎng)的安全。例如當(dāng)電網(wǎng)中的諧波含量過大時會造成線路中的電流畸變非常嚴(yán)重同時會產(chǎn)生額外的電能損耗使線路過熱最終會導(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)計的要求時會影響各種電氣設(shè)備的安全運(yùn)行同時會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)�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)階段對電能質(zhì)量的分析一般包括時域，頻域和基于某種變換的三大類分析方法。本文對這三大類分析方法進(jìn)行了一定的探討。
2.1 時域分析法
時域分析法是利用時域仿真程序?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)模型通過計算機(jī)按照相應(yīng)的時域分析法對線路的電能變化進(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，變階次和梯形積分進(jìn)行相關(guān)的計算。該類方法可以在較短的時間內(nèi)對電網(wǎng)線路進(jìn)行模擬，但是由于模擬的步長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。時域分析法一般應(yīng)用于以下幾種類型：對于大功率的電弧爐電壓閃變的模擬；對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、諧波的潮流計算和混合諧波潮流計算等電能質(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)上式可以求出每個節(jié)點(diǎn)諧波的輸入阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗。對于非線性網(wǎng)絡(luò)中，利用該類方法可以進(jìn)行諧波的潮流計算。這類方法計算比較簡單，在實(shí)際的應(yīng)用中被廣泛的采用。但是對于非線性網(wǎng)絡(luò)而言有時計算的誤差比較大。一般而言頻率掃描和諧波潮流計算對于電力電子器件等非線性負(fù)荷的動態(tài)模擬具有局限性�；旌现C波潮流計算分析方法由于能夠很好的反映非線性負(fù)荷的動態(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算的計算過程非常復(fù)雜計算所花的時間比較多。
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)時監(jiān)測系統(tǒng)中，F(xiàn)ourier變換法包括快速傅里葉變換（FFT）和短時傅里葉變換法（STFT）兩種變換方法。
連續(xù)信號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）時要滿足以下幾個條件（1）變換必須滿足采樣定理；（2）分析的信號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）是對全部時間段進(jìn)行的分析，一旦信號被*擾或者是出現(xiàn)突變現(xiàn)象都會影響整個頻譜。短時傅里葉變換法（STFT）即是使用加窗的原理對很小的時間段信號進(jìn)行相應(yīng)的采集，從而能夠采用傅里葉變換對不穩(wěn)定的信號進(jìn)行處理。但是STFT依然存在很大的局限性，一般STFT只適合于對變化不是特別大的信號進(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。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。MRA 算法是小波變換中最重要的經(jīng)典算法，它能夠很準(zhǔn)確的檢測信號中的突變或者是非常不平穩(wěn)的信號。另外它還能夠區(qū)分不同的擾動源，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)確的對基波信號進(jìn)行檢測，甚至無法準(zhǔn)確的檢測源信號的諧波分量。
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)行的時頻混合的變換方法。信號x(t)即代表信號的時間變化又代表能量隨時間變化的函數(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)確的檢測到突變信號并且對基波和諧波的準(zhǔn)確的測量分析，但是該方法無法準(zhǔn)確的對源信號的諧波進(jìn)行準(zhǔn)確的分析測量。
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)備投入使用時及時的發(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)量符合國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。本文對時域分析、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，因此我們在變電站要采用先進(jìn)的算法建立有效的分析識別系統(tǒng)準(zhǔn)確的反映電能質(zhì)量各個指標(biāo)的變化情況。
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