（控制理论与控制工程专业论文）电压跌落分析与控制以及电能质量评估方法的研究.pdf

1一 r e s e a r c ho n v o l t a g es a ga n a l y s i sa n d c o n t r o la n d p o w e rq u a l i t y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d b y c h e nw 西 b e ( x i a nj i a o t o n gu n i v e r s i t y ) 1 9 9 9 m s ( x i a nj i a o t o n gu n i v e r s i t y ) 2 0 0 5 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro f e n g i n e e r i n g i i l c o n t r o lt h e o r ya n dc o n t r o le n g i n e e r i n g i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：母醐 引月尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名 导师签名 期：尹f j 年 期i 年 日日 ， 月月 博士学位论文 詈曼曼曼鼍量詈鼍曼曼曼曼曼皇曼皇曼皇曼皇鼍i ；i 曼曼皇曼皇曼曼曼曼皇曼曼 目录 摘要i a b s t r a c t 1ii 插图索引v 图表v i i 第1 章绪论一1 1 1 课题背景及意义一l 一 1 2 本课题研究现状以及存在的问题一3 1 2 1 引起电压跌落的原因一5 1 2 2 电压跌落对敏感用电设备的影响一5 1 2 3 电压跌落特征量检测方法的研究一6 1 2 4 电压跌落控制装置的研究一7 1 2 5 电能质量评估方法的研究一1 1 1 2 6 目前研究工作中存在的问题一1 l 一 1 3 本文的主要研究工作及创新点一1 2 1 4 论文的体系结构一1 3 一 第2 章基于自适应抽样滑窗迭代d f t 的电压跌落检测一1 5 2 1 滑窗迭代d f t 算法一1 5 2 1 1 滑窗迭代d f t 的变换原理一1 5 2 1 2 仿真实验与结果一1 7 2 2 基于自适应抽样的滑窗迭代d f t 算法一2 l 一 2 2 1 信号检测中的自适应抽样算法一2 1 2 2 2 基于自适应抽样的滑窗迭代d f t 算法的误差分析一2 2 2 2 3 仿真实验与结果一2 4 2 3 本章小结一2 5 一 第3 章配电网络中电压跌落扰动源的自动识别和分类一2 7 3 1 配电网电压跌落暂态仿真一2 7 3 1 1 故障引起的电压跌落一2 7 3 1 2 感应电机启动引起的电压跌落一2 8 3 1 3 变压器投用引起的电压跌落一2 9 3 2 基于小波变换的能量特征提取一3 0 3 3 基于神经网络的电压跌落扰动识别方法一3 2 3 3 1 基于神经网络的辨识模型一3 2 电压跌落分析与控制以及电能质量评估方法的研究 3 3 2 仿真与实验一3 2 3 4 基于支持向量机的扰动识别方法一3 4 3 4 1 支持向量机一3 4 3 4 2s v m 模型的建立一3 6 3 4 3 仿真与实验一3 7 3 5 本章小结一3 8 一 第4 章d v r 控制策略的研究一3 9 4 1d v r 的电路结构与工作原理一3 9 4 1 1d v r 的工作原理一3 9 4 1 2d v r 的电路结构一4 1 4 2 基于模糊p i d 控制的d v r 一4 5 4 2 1 基于模糊p i d 控制的d v r 工作原理及其控制器设计一4 7 4 2 2 仿真分析一4 9 4 3d v r 的无模型自适应控制一5 1 4 3 1 基于无模型自适应控制器的d v r 控制系统一5 2 4 3 2 仿真研究一5 4 4 4 本章小结一5 6 一 第5 章配电网中电能质量综合评价体系和方法的研究一5 7 5 1 电能质量综合评估指标体系的建立一5 7 5 2 基于置信度准则的模糊综合评估方法一5 9 5 2 1 模糊集的表达方式一5 9 5 2 2 简单模糊综合评价一6 0 5 2 3 多层次模糊综合评价一6 0 一 5 2 4 逻辑运算方法( 模糊合成算子) 的确定一6 l 一 5 2 5 隶属度函数的确定一6 2 5 2 6 评判准则一6 3 5 3 采用层次分析法确定模糊权向量一6 3 5 3 1 建立递阶层次结构一6 4 5 3 2 构造两两比较判断矩阵一6 5 5 3 3 单一准则下元素相对权重的计算一6 6 5 3 4 一致性检验一6 9 5 3 5 采用拓广优化算法确定多人参与评判时的指标权重一7 0 5 4 实例分析一7 3 5 4 1 样品各指标权重的确定一7 4 5 4 2 采用置信度准则的电能质量模糊综合评估过程一7 5 一 博士学位论文 5 4 3 电能质量等级的评定一7 7 5 5 本章小结一7 8 一 第6 章结论与展望一7 9 6 1 本文完成的工作一7 9 6 2 后续工作的展望一8 0 一 参考文献一8 3 一 致谢一9 7 一 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录一一g g 一 附录b 攻读学位期间所获科技奖励一1 0 1 一 m 博十学位论文 摘要 电压跌落是目前最为突出、也是最为严重的电能质量问题。目前有关电压跌 落的研究主要集中在引起电压跌落的原因、电压跌落对敏感用电设备的影响、电 压跌落特征量的检测方法等方面。对电压跌落扰动源的自动识别与分类、电能质 量的综合评价体系和方法的研究甚少，这也是目前迫切需要研究和解决的问题。 本文以解决配电网络中电压跌落问题为主线，首先研究了配电网络中电压跌落的 检测算法；其次研究了网络中电压跌落扰动源的自动识别问题；在解决了电压跌 落的检测和扰动源的识别以后，研究了电压跌落抑制装置d v r ( d y n a m i cv o l t a g e r e s t o r e r ，d v r ) 的控制策略；最后对配电网络中电能质量的综合评估方法进行了 研究。 基于滑窗迭代d f t ( d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r i l l ，d f t ) 提出了一种新的电压 跌落检测方法。该方法通过引入滑窗迭代的思想，使最新的采样数据参与负载电 压检测分析，同时淘汰掉最早的采样数据，大大加快了采样数据的更新速度，提 高了系统跟踪负载电压变化的能力。改进的滑窗迭代d f t 算法通过计算被检测数 据的基波信号来确定电压跌落的幅值和突变点。同时，该算法可方便地得到d v r 的参考指令电压信号。此外，该算法还可进行电压隆起( v o l t a g es w e l l ) 的检测， 可方便地得到除了基波电压以外的所有谐波电压信号，使d v r 在抑制电压跌落的 同时，还可进行谐波的治理。最后针对现有d f t 算法在非同步采样时存在的问题， 提出了采用自适应同步抽样算法的滑窗迭代d f t 算法。该算法通过自动调整采样 时间，大大减小了d f t 在非同步采样时带来的计算误差。 提出了电压跌落扰动源自动识别与分类的方法。文中首先对一个辐射状配电 网中可能引起电压跌落的各种扰动源进行了仿真和分析，然后提出了基于小波变 换和神经网络、基于小波变换和和支持向量机的电压跌落扰动源自动识别与分类 的方法，即利用小波变换对采样信号进行特征提取，然后利用神经网络和支持向 量分类树进行自动识别和分类，可以准确的识别出导致配电网电压跌落的各种扰 动源，仿真和实验结果表明该方法具有简洁可靠、辨识准确率高等优点。 针对目前d v r 的控制方法存在的问题，本文将模糊控制和p i d 控制结台，设 计了一种模糊p i d 控制器，通过模糊规则推理实时整定p i d 控制器的参数，将该控 制器用于d v r 的控制环节，得到了理想的控制效果。此外，本文结合d v r 控制系 统本身的特点，设计了一种无模型自适应控制器，该控制器不需要建立系统的数 学模型，仅用受控系统输入输出数据设计控制器，在线估计的参数少、设计简单 电压跌落分析与控制以及电能质量评估方法的研究 且易于实现，仿真表明该算法能够实现d v r 系统快速、准确补偿电压跌落的目的。 针对现有的电能质量综合评价方法存在的问题，本文提出了一种新的电能质 量综合评价方法。该方法首先建立了电能质量综合评价的层次递阶模型，然后利 用a h p 方法得到各评价指标的权重，并提出了多位专家参与评判时综合指标权重 的拓广优化算法和一种最小二乘意义下主客观评价一致的组合评价方法。然后基 于置信度准则提出了一种改进的模糊综合评价方法，该方法有效地避免了已有方 法中存在的问题，而且该方法简单易行且极易编程实现。实例计算结果表明该方 法比传统模糊综合评价方法能更有效地区分电能质量等级并能对其进行比较客观 的综合评估。 关键词：电压跌落；扰动识别；动态电压恢复器；综合评估；滑窗迭代：模糊p i d ； 无模型自适应控制 a b s t r a c t v o l t a g es a gi sc u r r e n t l yt h em o s to u t s t a n d i n ga n dt h em o s t s e r i o u sp o w e rq u a l i t y p r o b l e m t h er e l a t e dr e s e a r c ho fv o l t a g es a gf o c u s e so i lt h ec a u s eo fv o l t a g es a g ，t h e i n f l u e n c eo fv o l t a g es a gt oe l e c t r i ce q u i p m e n t , v o l t a g es a g sc h a r a c t e r i s t i ct e s tm e t h o d ， e t c t h er e s e a r c ho fv o l t a g es a g d i s t u r b a n c es o u r c ea u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n , c l a s s i f i c a t i o na n dp o w e rq u a l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ns y s t e ma n de v a l u a t i o n s t r a t e g i e sa r el a c k i n g ，t h o s ea r eu r g e n tp r o b l e m sn e e dt or e s e a r c ha n d s o l v e a tf i r s t ， t h i sp a p e rs t u d i e sv o l t a g es a g sd e t e c t i o na l g o r i t h mi nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , t h e ns t u d i e s v o l t a g es a g sd i s t u r b a n c es o u r c ea u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o np r o b l e m a f t e rs o l v i n gt h e v o l t a g es a gt e s tm e t h o da n dt h ed i s t u r b a n c es o u r c ei d e n t i f i c a t i o np r o b l e m , s t u d i e st h e c o n t r o ls t r a t e g yo fd y n a m i cv o l t a g er e s t o r e r f i n a l l yt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n t e c h n o l o g yo fp o w e rq u a l i t yi nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k i ss t u d i e d v o l t a g es a gd e t e c t i o na l g o r i t h mb a s e do na d a p t i v es l i d i n gw i n d o w i t e r a t i v e d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r mi sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r b yu s i n gt h em e t h o do fs l i d i n g w i n d o wi t e r a t i o n 也el a t e s ts a m p l e dd a t ac a nb ea d d e di nv o l t a g es a gd e t e c t i o na n a l y s i s a l g o r i t h ma n dt h ee a r l i e s ts a m p l e dd a t ai sa b a n d o n e d , w h i c ha c c e l e r a t e st h er e n e w a l s p e e da n da b i l i t yo ft r a c k i n gl o a dv o l t a g ec h a n g e s i m p r o v e ds l i d i n gw i n d o w i t e r a t i v e d f ta l g o r i t h mc a nd e t e r m i n et h ev o l t a g es a ga m p l i t u d ea n dm u t a t i o np o i n t s i sb y c a l c u l a t i n g b a s ef r e q u e n c ys i g n a lo fm e a s u r e dd a t a i na d d i t i o n , t h ep r o v i d e d a l g o r i t h mc a ne a s i l yg e ts u i t a b l er e f e r e n c ei n s t r u c t i o n s 一f o rd v r ( d y n a m i cv o l t a g e r e s t o r e r ) ，i tm a k ed v rr e i n i n gv o l t a g es a g sa n d a tt h es a m et i m ec a nu n d e r t a k e h a r m o m c f i n a l l yi nt h i sc h a p t e rp r o p o s e sas l i d i n gw i n d o wi t e r a t i v ed f ta l g o r i t h m b a s e da d a p t i v es y n c h r o n o l l ss a m p l i n ga l g o r i t h m s t h i sa l g o r i t h mc a nr e d u c et h e c a l c u l a t i o ne r r o rt h r o u g ht h ea u t o m a t i ca d j u s t m e n tt h es a m p l i n gt i m e v o l t a g es a gi ss h o r td u r a t i o nr e d u c t i o n si nr m s v o l t a g e ，m a i n l yc a u s e db ys h o r t c i r c u i t s ，t r a n s f o r m e re n e r g i z i n g ，a n dl a r g em o t o r ss t a r t i n g v o l t a g es a g sw e r ea n a l y z e d b a s e do n ap s bs i m u l a t i o nm o d e l t h e np r e s e n t sam e t h o dt oi d e n t i f yv o l t a g es a g si n d i s t r i b u t i o ns y s t e mu s i n gan o v e lc o m b i n a t i o no fw a v e l e tt r a n s f o r ma n da r t i f i c i a l n e u r a ln e t w o r k ，w a v e l e tt r a n s f o r ma n ds u p p o r tv e c t o rm a c h i n e s t h es i m u l a t e dw a v e s w e r ed i s c o m p o s e di n t o7l e v e r su s i n gw a v e l e tt r a n s f o r m , a f t e r w a r d s ，t h ee n e r g y f - e a t u r e s e x t r a c t e df r o mt h ew a v e l e tc o e f f i c i e n t su n d e rd i f f e r e n tl e v e r s ，w e r ee m p l o y e d n l 电压跌落分析与控制以及电能质量评估方法的研究 舔t h ei n p u t so ft h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ka n ds u p p o r tv e c t o rm a c h i n e st oi d e n t i f y a n dc l a s s i f yd i f f e r e n t v o l t a g es a g s t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wt h ep r o p o s e d m e t h o di ss i m p l e ，r e l i a b l ea n dv a l i d i t y an e wf u z z yp i dc o n t r o l l e ri sd e s i g n e db ym e a n so ff u z z yc o n t r o la n dp i d c o n t r o l ，t h ec o n t r o l l e ri su s e df o rt h ec o n t r o lo fd v r t h r o u g ht h ef u z z yr u l er e a s o n i n g r e a l - t i m et os e tp i dc o n t r o l l e rp a r a m e t e r s ，w ec a ng e ti d e a lc o n t r o lp r e c i s i o n t h e n c o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fd v rc o n t r o ls y s t e mi t s e l f , d e s i g nak i n do fn o m o d e la d a p t i v ec o n t r o l l e rf o rd v r t h ep r o v i d e dc o n t r o la l g o r i t h md o e sn o tn e e dt o e s t a b l i s hm a t h e m a t i cm o d e lo ft h es y s t e m ，a n do n l yu s ec o n t r o l l e ds y s t e mi n p u t o u t p u t d a t at od e s i g nt h ec o n t r o l l e r t h ec o n t r o l l e rd e s i g ni ss i m p l ea n de a s yt or e a l i z e p o w e rq u a l i t yi n f o r m a t i o ni sn o to n l ya ni m p o r t a n tp a r to fa m i ( a d v a n c e d m e t e r i n gi n f r a s t r a c t u r e ) i ns m a r t 鲥da n di sa l li m p o r t a n tp a r to ft e c h n i c a ls u p p o r t s y s t e mo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t , b u ta l s oi so n eo ft h ec o n s t r a i n t si nm a k i n gt a r i f f p o l i c y , s ot h ep o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o ni sn e c e s s a r yo fs m a r tg r i d d e v e l o p m e n ta n do p e r a t i o no fp o w e rm a r k e t i nt h i sp a p e r , an e wh i e r a r c h ym o d e lf o r p o w e rq u a l i t ye v a l u a t i o ni sp r e s e n t e dt oq u a n t i f ya n de v a l u a t et h ep o w e rq u a l i t y a n e we x p a n d e dl e a s td e v i a t i o n sa l g o r i t h mi sp r e s e n t e df o rc o m b i n i n gi n d e xw e i g h t s ， t h e n 嘶n go u tai m p r o v e df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o db a s e do n r e l i a b i l i t yc o d e t h ep r o p o s e dm e t h o dc a l lo v e r c o m et h es h o r t a g e so ft h et r a d i t i o n a l f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n c a s er e s u l t sc l e a r l ys h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o d i sa t t r a c t i v ea n de f f e c t i v e k e yw o r d s ：v o l t a g es a g ；d i s t u r b a n c er e c o g n i t i o n ；d y n a m i c v o l t a g er e s t o r e r ； c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；s l i d i n gw i n d o w i t e r a t i o n ；f u z z yp i d ；n o m o d e l a d a p t i v ec o n t r 0 1 i v 博士学位论文 皇曼曼量曼曼曼曼皇曼 i i i i ii ii i 曼曼皇曼皇曼鼍 插图索引 图1 1 每次电压跌落对不同用户造成的损失数量级2 图1 2 典型电压跌落实测波形图3 图1 3 典型d v r 组成结构图8 图2 1 滑窗迭代算法的示意图1 6 图2 2 不含谐波时的电压跌落检测以及参考指令电压的的仿真图。1 8 图2 3 含3 、5 次谐波时的电压跌落检测以及参考指令电压的的仿真图1 8 图2 4 不含谐波时的电压隆起检测以及参考指令电压的的仿真图1 9 图2 5 含3 、5 次谐波时的电压隆起检测以及参考指令电压的的仿真图1 9 图2 6 基于瞬时无功功率理论的电压跌落检测算法仿真的结果2 0 图2 7 基于瞬时无功功率理论的电压隆起检测算法仿真的结果2 0 图2 8 非同步采样时电压跌落检测的仿真结果2 1 图2 9 自适应同步采样时的仿真结果2 5 图3 1 单相接地故障引起的电压跌落暂态波形2 8 图3 2 单相接地故障引起的电压跌落有效值波形2 8 图3 3 感应电机启动引起的电压跌落暂态波形2 8 图3 4 感应电机启动引起的电压跌落有效值波形2 9 图3 5 变压器投切引起的电压跌落波形暂态波形2 9 图3 6 变压器投切引起的电压跌落波形有效值波形2 9 图3 7 单相接地故障引起的电压跌落的7 尺度小波分解结果31 图3 8 感应电机启引起的电压跌落的7 尺度小波分解结果3 1 图3 9 变压器投切引起的电压跌落的7 尺度小波分解结果一j 3 1 图3 1 0 神经网络的结构3 2 图3 1 1 接地故障引起的电压跌落的实测波形3 3 图3 1 2 感应电机启动引起的电压跌落的实测波形3 3 图3 1 3 变压器投切引起的电压跌落的实测波形3 4 图3 1 4 最优分类面示意3 5 图3 1 5 电压跌落扰动源的s v m 识别模型3 7 图4 1d v r 单相等效电路图4 0 图4 2 最小能量补偿向量图4 0 图4 3 典型d v r 组成结构图4 1 v 电压跌落分析与控制以及电能质量评估方法的研究 图4 4 利用电容的储能装置一4 2 图4 5 利用整流的储能装置4 2 图4 6 逆变器三相全桥结构图4 3 图4 7 逆变器单相全桥结构图4 3 图4 8 推挽式逆变器单相结构图一4 4 图4 9 滤波器放置位置示意图4 5 图4 10 三相d v i 王主电路结构图4 5 图4 1 1 模糊p m 控制器控制框图4 7 图4 1 2 单相模糊p d 控制d v r 原理图4 7 图4 1 3 模糊p d 控制的d v r 仿真波形5 0 图4 1 4 无模型自适应控制结构图5 2 图4 1 5 无模型自适应控制的d v r 结构图5 4 图4 1 6 无模型自适应控制的d v r 仿真模型5 5 图4 1 7 无模型自适应控制的补偿后负载电压波形5 6 图5 1 电能质量综合评估的层次递阶模型5 9 图5 2 电压偏差指标的隶属度函数7 5 图5 3 电压瞬变指标的隶属度函数7 5 博十学位论文 图表 表1 1 不同监测点每月发生各种扰动的次数4 表1 2 监测点年平均出现瞬时断电和电压跌落的次数5 表1 3 电压跌落对一些设备的危害5 表3 1 神经网络的理想输出3 2 表3 2 用仿真得到的数据测试的结果3 3 表3 3 用实测数据测试的结果一3 4 表3 4 用仿真得到的数据测试的结果3 8 表3 5 用实测数据测试的结果3 8 表4 1k 模糊控制规则表4 8 表4 2k 模糊控制规则表一4 8 表4 3k 。模糊控制规则表4 9 表5 1 l - - 9 标度方法表：6 6 表5 2 平均随机一致性指标7 0 表5 3 某供电系统p c c 点实测数据统计表7 3 表5 4 各时段电能质量的综合评价结果( 采用置信度准则) 7 7 表5 5 各时段电能质量模糊综合评价的结果( 采用最大隶属度准则) 7 7 v h 博士学位论文 1 1 课题背景及意义 第1 章绪论 电能质量一般是指电力系统中电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定 值的偏差。历史上，电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范 围内正常地工作。但是在近年来，随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基 于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中大量投入使用，它 们对系统干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。一旦出现电 能质量问题，轻则造成设备故障，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失难 以估量。另一方面，大量为提高生产效率，节约能源和减小环境污染而采用的基 于电力电子技术的现代化设备正成为电能质量问题的主要来源【l 】。以电气化铁路 机车牵引式负荷为例，它属于整流负荷，是典型的谐波源；它采用工频单相交流 供电，又是典型的负序源；同时它又具有波动性和不确定性，是典型的电压波动 源和闪变源。普通用户中大量使用的开关电源、公共照明系统中荧光照明负荷等 正逐渐成为配电系统中主要的谐波源和波动源。大型电弧式设备，如电弧熔炉， 弧焊设备等，已成为重要的冲击源和谐波源。此外系统正常运行状态的改变，如 电源投入，有计划的无功补偿电容器组的投入或切除，大型电动机启动，非正常 的系统状态改变如系统元件故障，人员误操作等将给系统带来较大的冲击；自然 环境中的雷击、大风和雨雪天气也会造成相应的电能质量问题。 近年来，传统意义上的电能质量问题如谐波，三相不对称等仍然存在，而且 严重性正在增加。而随着供电可靠性的不断提高人们将对传统的如供电中断，电 压长时间偏高或偏低等传统的供电质量问题的注意力，逐步转向新的动态电能质 量问题，如持续时间为周波级的动态电压升高( s w e l l s ) ，脉冲( i m p u l s e s ) ，电压 跌落( s a g s ) 和瞬时供电中断( m o m e n t a r yi n t e r r u p t i o n s ) 等 3 1 ，这些都是近年来 随着社会信息化的日益广泛而逐渐暴露出来的新的电能质量问题。 电能质量问题造成的危害是多方面的。电能质量问题给电力系统的安全稳定 运行造成很大的影响，例如电气化铁道牵引负荷产生的谐波和负序分量可能造成 相差高频保护和负序电流保护装置误动作，引起系统解列运行，造成无功补偿电 容器组不能安全投入运行，其波动性造成的小容量电网频率波动，都降低了系统 运行的稳定性。各种新出现的电能质量问题也会给用户带来巨大经济损失，其中 电压跌落和瞬时供电中断已被认为是影响许多用电设备正常、安全运行的最严重 的动态电能质量问题。当电压跌落到0 7 p u ，持续时间超过6 个基波周期将会导 致调速电动机( v s d ) 被切除；电压跌落至0 6 p - u ，持续时间超过1 2 个基波 电压跌落分析与控制以及电能质量评估方法的研究 周期将会影响计算机设备的安全运行。在现代工业中，由于任一设备的作业 中断都将可能导致整个流水线、甚至全厂作业的中断，造成的损失非常巨大，因 此工业用户对供电质量的要求比其中单个敏感用电设备更高。电压跌落对信息业 的影响也很大，据估计8 0 服务器出现瘫痪以及用户端4 8 5 左右数据丢失和“出 错”均与电压跌落有关【4 】【5 】【6 】【7 1 。图1 1 是电压跌落对各行业造成的损失数量等级 图，图中$ m = 1 百万美元。有统计表明，因电压跌落而引起的事故次数大约是因 完全供电中断而引起的事故次数的1 0 倍【8 】。因此动态电能质量问题已成为目前影 响供电可靠性的主要原因。 罩l k 千l d 】：$ i u o k罩l a 正罩l u a 正 图1 1 每次电压跌落对不同用户造成的损失数量级 目前，电能质量已成为国内外研究的热点，其研究领域可分为两大分支。第 一个分支为电能质量扰动监测、检测以及分析，研究内容主要包括：电能质量问 题的调研网；电能质量扰动对不同设备和用户影响的试验研究【1 0 】【1 3 】；电能质量扰 动检测方法的研究，比如小波变换【1 4 j 【1 5 1 、s 变换【1 6 1 、数学形态学中的d y n 测度【1 7 1 、 h h t 方法【1 引、混沌理论【1 9 1 、t e a g e r 能量算子【2 0 】等都被用来进行电能质量扰动的检 测，并取得了良好的效果；电能质量扰动信号的压缩和消噪，比如小波软阈值去 噪【2 1 】瞄】、交叉验证方法【2 3 1 、似然比判决准则洲等都被用来进行电能质量数据的 消噪处理，小波变换【2 5 1 1 2 6 1 、哈弗曼编码【2 7 1 、s 变换【2 8 1 等都被用来进行电能质量数 据的压缩，都取得了不错的效果：单个电能质量扰动的分类【2 9 】 3 0 】，小波神经网络 【3 1 】 3 2 1 3 3 】、复数小波【3 4 1 、概率神经网络【3 5 1 、二维离散小波 3 6 1 、自适应小波网络【3 7 1 、 高阶二次分离器【3 引、模糊推理【3 9 】等都被尝试用来进行电能质量扰动的分类；电能 质量监测装置的研究【4 0 卜【4 3 】。第二个分支为电能质量的控制技术及其相关控制装置 的研究。大体分为两类：一类是传统的用于稳态电压、频率调整的技术，如并联 电容器、并联电抗器、调整变压器分接头、发电机频率调节技术等 4 4 1 。另一类是 定制电力技术，又称用户电力技术，即把大功率电力电子技术和配电自动化技术 综合起来，以用户对电力可靠性和电能质量要求为依据，为用户配置所需要的电 力【4 5 j 。电力公司( 或其他利益群体) 利用定制电力技术的新设备，可使单独用户 或用户群从配电系统得到用户指定质量水平的电力m l 。 从总体来看，目前国内有关电能质量控制的水平同国外相比还有很大差距。 主要原因在于：( 1 ) 我国电力行业的电能质量意识相对于欧美发达国家还显淡薄， 只重视传统的电压、频率偏差、可靠性指标，而且整体水平不高，有些省份已开 始重视谐波的重要性，但还没有很好地解决。( 2 ) 电能质量监测系统不完善。电 能质量扰动监测指标单一，缺乏广泛、长期、全面的电能质量监测数据。( 3 ) 我 国电力企业不重视暂态电能质量的提高。 改善电能质量是一项系统工程，从电能质量问题现状的调研，电能质量的监 测、评估、污染源的定位、合理的控制和补偿方案的设计，工程实施，到政策法 规的制订等，有大量系统的配套的研究和开拓工作需要进行h 7 1 。基于上述背景， 本文主要对电能质量问题中影响最为严重和广泛的电压跌落的检测、分析、扰动 识别以及电能质量综合评估方法展开研究。 1 2 本课题研究现状以及存在的问题 电压跌落( v o l t a g es a g d i p ) 又叫电压暂降，i e e e 将电压跌落定义为供电电 压有效值下降到额定值的9 0 1 0 之间，持续时间从半个电源周期到l m i n 的 电