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1、電能質(zhì)量擾動分析方法研究第1章緒論1.1課題的研究背景及意義自從人類進(jìn)入電氣時代以來，人們就對電能的使用進(jìn)行著不斷的研究，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對電能的探索研究以及開放利用越來越深入。在當(dāng)今社會，對電能的需求無處不在，從科學(xué)研究到工業(yè)生產(chǎn)再到人們的日常生活，電能已經(jīng)成為了人們不可缺少的重要能源。另外，能否合理有效地利用電能在一定程度上可以衡量一個國家的發(fā)達(dá)程度以及生產(chǎn)力水平[1]。隨著社會的進(jìn)步，在人們眼中電能逐漸成為一種商品，所以電能的質(zhì)量問題就成為了廣大消費(fèi)者所關(guān)心的重點(diǎn)。在較早時期里，由于受到科學(xué)水平的制約，人們認(rèn)為頻率誤差與電壓偏差是影響電能質(zhì)
2、量的最主要問題，然而隨著科技進(jìn)步以及時代發(fā)展，特別是人類對電能的依賴程度不斷增長，對于電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)也提出了更新的要求。如果電能質(zhì)量不能達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)，將會對電力系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行構(gòu)成重大威脅[2]。理論上講，從發(fā)電站所發(fā)出的電能的波形圖應(yīng)該是以單一頻率和額定幅值構(gòu)成的正弦波形。但是在實(shí)際情況下，用戶所收到的電能卻不能滿足理論上的要求，其原因要?dú)w咎于在電能的傳輸過程中加入了一些不必要的信號，導(dǎo)致了電能的波形產(chǎn)生一定的變化[3]。人類進(jìn)入20世紀(jì)以來，電子技術(shù)以及微電子技術(shù)得到了長遠(yuǎn)發(fā)展，使得各種變頻設(shè)備、微控設(shè)備和以計(jì)算機(jī)為代表的各種數(shù)字電子設(shè)備廣泛地應(yīng)用
3、到各種各樣的領(lǐng)域里，由于這些設(shè)備對電能質(zhì)量擾動較為敏感，進(jìn)而將供電單位所提供的電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提升到了一個更高的層次。雖然這些電力電子設(shè)備改變了人們的生產(chǎn)生活方式，使人類的生存質(zhì)量提升到新的高度的同時也提高了電能的使用效率，但是這些設(shè)備也會產(chǎn)生干擾信號，在一定程度上對電力系統(tǒng)造成影響。另外，例如雷擊、短路、斷路等電網(wǎng)故障也會污染電網(wǎng)環(huán)境，威脅電能質(zhì)量，影響電網(wǎng)設(shè)備的正常工作甚至損害電網(wǎng)設(shè)備，從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[4]。為了提高用電質(zhì)量，保證用電安全，特別是確保工業(yè)生產(chǎn)以及醫(yī)療設(shè)備的平穩(wěn)可靠運(yùn)行，必須對電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量本身的不規(guī)則性進(jìn)行有效分析，精確地把握
4、電能質(zhì)量問題的特點(diǎn)并準(zhǔn)確地提取電能質(zhì)量擾動信號的特征量，并以此為依據(jù)分類識別電能質(zhì)量問題。這不僅為電能質(zhì)量的改善提供了科學(xué)依據(jù)，而且對電能質(zhì)量的綜合治理也有深遠(yuǎn)影響[5]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在電網(wǎng)的輸電過程中，電能質(zhì)量問題往往不會以單一的形式逐個出現(xiàn)，而是幾種擾動信號復(fù)合在一起對電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這種復(fù)合擾動通常含有電壓暫升、電壓暫降、電壓中斷、暫態(tài)振蕩、諧波等擾動信號[6]，所以檢測和分析電能質(zhì)量問題的過程從本質(zhì)上講就是檢測和識別電力系統(tǒng)中存在的電能擾動信號的過程。由于電能的質(zhì)量問題在國內(nèi)外已經(jīng)成為了該研究方向的焦點(diǎn)，所以對檢測和識別電能質(zhì)量擾動信號的研
5、究和探索，特別是對突變的，不穩(wěn)定的短時電能質(zhì)量擾動信號的檢測識別研究，已經(jīng)引起了國內(nèi)外廣大專家學(xué)者的關(guān)，于是在近些年內(nèi)，有很多專家學(xué)者圍繞著電能質(zhì)量問題提出了一些行之有效的分析識別方法。要達(dá)到識別電能質(zhì)量擾動信號的目的，一般需要通過兩個環(huán)節(jié)，即特征提取環(huán)節(jié)與模式識別環(huán)節(jié)。其中，特征提取環(huán)節(jié)主要進(jìn)行兩方面的工作，即運(yùn)用一些分析方法對分析信號的波形以及從分析結(jié)果中找尋能夠準(zhǔn)確表達(dá)不同信號間差異的特征參數(shù)，現(xiàn)在較為主流的分析方法有時域分析方法、頻域分析方法和變換域分析方法[7]。時域仿真方法：主要是利用電力系統(tǒng)元件搭建仿真模型，再通過求解該仿真模型的微分方程，達(dá)到
6、分析電能質(zhì)量擾動信號的目的。較為常用的的時域仿真方法主要分為兩類，其一是以電子電路為基礎(chǔ)的仿真程序。另一類是以EMTP為代表的暫態(tài)仿真方法。第2章電能質(zhì)量擾動分析的基本原理2.1S變換基本原理從這個二維矩陣中可以得到離散信號的幾乎全部信息，矩陣的行數(shù)對應(yīng)離散信號的采樣時間點(diǎn)數(shù)，而列則代表離散信號的離散頻率，于是可以從二維矩陣中得到某一采樣時間點(diǎn)所對應(yīng)的頻率曲線。對二維復(fù)矩陣中的復(fù)數(shù)元素取?？梢缘玫诫x散信號的幅值，并且可以根據(jù)元素在矩陣中的位置獲得相應(yīng)的時間參數(shù)與頻率信息，另外從模矩陣中還可以得到某一時間點(diǎn)的幅值與頻率的關(guān)系曲線和某一頻率下幅值隨時間的變化曲線
7、。由S變換的定義以及推導(dǎo)過程中可以看出，S變換的高斯窗函數(shù)會隨著的改變而改變。當(dāng)信號的頻率較低時，高斯窗尺度較寬；而隨著頻率加大，采用的高斯窗的寬度變窄，尺度變小，所以S變換的窗函數(shù)是可變的而且分辨率隨著信號頻率的改變而改變。2.2信息熵所謂信息熵[48]，在數(shù)學(xué)上，是一個相當(dāng)抽象的概念，可以把信息熵理解成為某種特定信息出現(xiàn)的概率。在信源中，任一符號發(fā)生的概率為1，則其他符號發(fā)生的概率均為0，表明信息熵具有確定性，即信源中只要有一個事件是必然事件，則其余事件均為不可能事件，這時候的信息熵為0。信息熵具有可加性，可加性是熵函數(shù)的性質(zhì)中最重要的一條性質(zhì)，可加性反
8、映出的任何復(fù)雜問題都可以分步解決，也就是對于某一事物
