（信号与信息处理专业论文）基于小波变换的电力暂态和谐波信号检测方法的研究.pdf

摘要 本文在总结了五种常见的暂态电能质量现象( 电压骤降、电压骤升、电压中 断、振荡暂态和脉冲暂态) 特征和原有电能质量分析方法的基础上，根据暂态电 能质量信号的非平稳特性，提出采用小波变换这一新型的数学信号处理方法。 小波变换良好的时频局部化特性使得信号的奇异性可以通过小波变换模极大 值来表征。根据m a l l a t 算法，通过信号的多分辨率分解提取信号奇异点的小波变 换模极大值，实现暂态电能质量信号准确的故障定位，获取暂态电能质量信号持 续时间和故障信号的幅值。 为了克服小波固有的缺陷，本文构造了一种组合小波，并利用它实现了对电 力暂态谐波信号含量及频率的准确检测。为了满足光纤电流互感器在电力系统暂 态保护应用中的实时处理要求，本文构建了正交双路光纤电流互感系统，并利用小 波变换完成了对电力暂态信号的实时检测和定位。仿真结果验证了该方法的有效 性。 关键词：暂态电能质量傅立叶变换小波变换多分辨率分解光纤电流互感器 a b s t r a c t b 8 s e do nm ec h a r a c t e d s t i co ff i v ec o m m o np o w e r 订a n s i e n t s ( n a m e l yv o l t a g e s a g ，v o l 协g es 、v e l l ，v o l t a g ei n t e m l p t i o 玛s u r g ea n di m p u l s e ) a i l dt 1 1 e0 1 dm e t l l o do f p o r e rq u a l i t ya i l a l y s i s ，t h i sp 印e ra d o p t sa n o v c ld i g i t a ls i g l l a lp r o c e s s i n gm e t h o d _ 也e w a v e l e tt r a n s f b 衄a c c o r d m gt ot h en o n s t e a d yc h 黜捌耐s t i co fp o w e rq i l a l i t y n _ a n s i e n t s t h eg o o dt i m e - f r e q u e n c yl o c a t i o no ft h ew a v e l e t 仃a i l s f o mm a k e st h es i g u l 撕t y o fs i g n a lc a l lb es i 鲥f i e d 嬲m e 、) l ，a v e l e t 协m s f o n nm o d u l u sm a x i m a u s i n gm a l l a t a l g o r i m m ，m ew a v e l e t 饥m s f o h ni i l o d u l u sm a x i m ao fs i n g u l a r i t yi se x 仃a c t e dt l l r o u g h m u n i r c s o l u t i o nd e c o m p o s i t i o n b yw l l i c h 灿ea c c l l r a t el o c a l i z a t i o no ff - a u hs i g n 矗1c a n b er e a l i z e d ，t l l ed u r a t i o na n d 锄p l i t u d eo f d l i c hc 狮a l s ob eo b t a i n e d t bc o n q u e rm eo l dw a v e l e ti i l ：h e r e n ts h o n c o m i n g ，ac o m b i n ew a v e l e ti sd e s i g n c d a n du s e dt or e a l i z et l l ea c c u r a t ed e t e c t i o nt oh a n n o i l i cc o m e m s 如df b q u e n c yo f p o w c rq u d l i t ) ，t m s i e n ts i g l l a l s t bs a t i s 匆t h er e a lt i m ep r o c e s s i n gr e q u i r e m e mo f e l e c t r i cp o 、e r 订a n s i e n tp r o t e c t i o nb yo 州c a 王c u r 咖tt r a n s d u c e r s ，aq u a d r a t u r ed o u b l e p a t l l so p t i c a lc u r r e n t 把蚍s d u c e r ss y s t e mi sc o n s t n j c t e da 1 1 dt l l er e a ld m e d e t e c t i o nt o m ep o w e rq u a l 耐t 姗s i e n t s s i g n a lh 嬲b e e nd o n eb yt l l ew a v e l e t 们n s f - 0 m 1 1 1 e s i m u l a t i o nr e s u l t sh a v ev c r m e d 协ev a l i d i 够o f t l l i sm e t h o d k e y w o r d s ： p o w e rq u a u t y1 i r a n s i e tf o u r i e r i r a n s f b m w a v e l e tt a n s f 0 珊m u l 昏n s o l u t i o na n a l y s i s o p t i c a ic u r r e n t i - r a n s d u c e 疆 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名趔日期兰! 堕s 万 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印什，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属丁- 保密在一年解密后适用本授权书。 木。丝也苏吱磋 篆；：；薹耄i 铲导师签名：盘喧 日期三! 竺：兰：兰 日期茎遮逝：，s 3 口日期盘垃盘鉴：，s 3 口 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题背景及研究意义 随着科学技术和国民经济的发展，各种敏感电力电子设备在工业中被广泛应 用，因此对电能的需求日益增加，对电能质量的要求也越来越高。主要有两方面 的原因：一方面，伴随着信息技术的飞速发展。基于计算机、微处理器的用电设 备和各种电力电子设备更加敏感，对供电质量要求也更为苛刻，而相对低劣的电能 质量严重影响了灵敏设备的安全运行。如：持续几十毫秒的电压暂降将导致生产 设备不能正常工作，造成停产和出现大量废品，给用户带来难以估量的损失。另 一方面，为提高生产效率，节约能源和减少环境污染而采用的现代化设备正成为 电能质量闯题的主要来源。如：普通用户大量使用的开关式电源，公共照明系统 中的荧光照明负荷等都是配电系统中的主要谐波源和波动源。这些现代化设备的 使用对系统供电质量造成了不良影响。 由于谐波、电压和频率波动是电能质量中较为突出的问题，所引发的事故不断， 给电力系统的安全运行带来了巨大的隐患和影响，因此过去对电能质量的研究主 要集中在与谐波相关的稳态电能质量问题上，自二十世纪2 0 年代开始研究以来已 取得了大量的研究成果，有关稳态电能质量指标也制定出相应的国家标准。而由 于受到监控技术的限制，对电力系统中普遍存在的诸如电压暂降、电压上升、电 压中断等暂态电能质量问题的研究较少。随着电能质量水平与用户对其要求之间 的差距日益加大，所带来的问题已引起了各国电力工作者的高度重视，暂态电能 质量也逐渐成为供电部门和广大用户所共同关心的问题，研究和开发电能质量领 域的新技术已成为近年来电力系统研究领域的新热点n 】口， 1 2 暂态电能质量的定义和分类 1 2 1 暂态电能质量定义“2 一个理想的电力系统应以恒定的频率( 5 0 h z ) 和正弦的波形，按规定的电压水 平对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等、 相位互差1 2 0 度的对称状态。由于系统各元件( 发电机、变压器、线路等) 参数 并不是理想线性或对称的，加之调控手段的不完善、负荷性质各异且其交化的随 基于小波变换的电力暂态与谐波信号的检测与分析研究 机性以及运行操作、各种故障等原因，这种理想状态在实际当中并不存在，因此 就产生了电能质量的概念。 由于人们看待问题的角度不同，对电能质量的定义也不尽相同。电力部门常将 电能质量定义为供电可靠性，而电力设备制造商则将电能质量定义为能使设备正 常运行的供电特征，因此不同的设备制造商往往采用不同的质量指标。从用户方 面考虑，电能质量定义为：导致用户设备失效或不能正常工作的电压、电流或频 率偏移。美国著名的电能质量专家h e y d t 教授认为：广义的电能质量涉及系统可 靠性、设备绝缘、长时间供电中断、三相电压不平衡、电力电子设备及其与供电 系统的相互作用等内容，狭义的电能质量就是波形畸变。 最初人们谈到电力质量问题时，采用过“电压质量”、“电流质量”、“用电质量”、 “供电质量”等术语。据报道，在1 9 6 8 年发表的一篇关于电子设备电源规范的论 文。1 中最先使用了“电能质量”，此后越来越多的研究者表现出对电能质量的关心。 i e e e 标准化协调委员会已正式采用“电能质量”这一术语，并给出相应的技术定 义：合格的电能质量是指，给灵敏设备提供的电力和设备的接地系统均适合设备 正常工作。但i e c 却提出使用“e m c ”( 电磁兼容) 术语，强调设备与设备及电源 与设备之间的相互影响。电磁兼容术语与电能质量术语之间具有很大的重叠性， 因此具有很多同义词。 为了系统地研究电能质量问题。并对实际测量结果进行分析，以查找引起各种 电能质量问题的原因和采取针对性解决措施，对电能质量进行分类并给出相应的 定义或规定是很重要的。电力系统中电能质量问题主要分为稳态和暂态。稳念电 能质量问题主要包括长期电压变化、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等 持久性电压或频率交化。动态电能质量问题主要包括短时电压变化和各种暂态现 象，其中短时电压变化包括电压暂降、电压暂升、瞬时供电中断；暂态现象通常 是指暂态过电压。可分为脉冲暂态和振荡暂态两类。这些都是近年来暴露出来的 电能质量新问题。表1 1 给出了电力系统中发生的主要电能质量问题及性质、特征 指标等。i e e e 将电能质量领域的电磁现象主要分为下面几大类；暂态现象、短期 电压变化、长期电压变化、电压不平衡、波形畸变、电压波动和频率变化，详细 分类见表1 2 电力系统电磁现象的种类和特征。 1 2 2 暂态电能质量问题的一般分类 在本文进行的暂态电能质量现象的检测与分析中，将主要考虑以下五种常见的 暂态现象： l 、电压骤降( s a g ) 根据i e e e l l 5 9 一1 9 9 5 标准，电压骤降是指工频电压或电流降低到o 1 p 小o 9 p u 之 第一章绪论 袁1 1 电能质量问题一览表 类型性质 特征指标 产生原因后果解决方法 谐波频谱设备过热 有源、无源 谐波稳态 电压、电流非线性负载继电保护误动 滤波 波形 设备绝缘破坏 持续时间计时器计时错误电容器 陷波稳态调速驱动器 幅值通讯干扰隔离电感器 三相不平 设备过热 静止无功 稳态不平衡因子不对称负载 继电保护误动 衡 通讯干扰 补偿 波动幅值电弧炉 电压波动 伺服电机运行静止无功 稳态出现频率 电焊机 与闪变不正常补偿 调制频率 锯术机 不正常接地 稳态幅值微处理器控制正确接地 噪声固态开关 暂态频谱设备不正常运行滤波器 负载 幅值远蛸发生 设备停运不间断电源 电压骤降 持续时间 故障 暂态敏感负载不能动态电压 电压骤升 方均根值大容量电机 正常运行恢复器 时间启动 波形线路、负载积 设备绝缘破坏 滤波器 振荡暂态暂态峰值电容器组的 隔离电压器 损坏电力电子设备 避雷器 振荡频率投切 闪电电击 上升时问 线路 脉冲暂态暂态峰值设备绝缘破坏避雷器 感性电路 持续时间 开合 间，持续时间在o 5 个周波到1 分钟之问的暂态电压质量问题。电压骤降通常 与系统故障有关。电力系统输配电线路敌障、变压器投运、感应电动机启动及其 他启动电流较大的大型负荷的接入都会导致一定范围的电压骤降，由于故障特征、 系统结构和保护的投入等因素还会导致电压骤降现象的传播。随着计算机，可调 速驱动器等大规模敏感性电力电子器件在控制自动化中的应用，只持续几十分之 一秒的电压骤降的产生都可能导致生产的中断，造成巨大的经济损失，被认为是表 4 基于小波变换的电力暂态与谐波信号的检测与分析研究 表1 2 电力系统电磁现象的种类和特征 种类典型频谱分析典型持续时问典型电压幅值 电脉纳秒级5 i l s 上升 l m s 态 振低频 l m i no 8 o 9 d u 过电压 1 m i n 1 1 1 2 p u 电压不平衡稳态o 5 - 2 波形失真直流偏移稳态o - 0 1 谐波 o 1 0 0 m 稳态o - 2 0 闻谐波 o 6 k h z 稳态 o 2 陷波 稳态 噪声宽带稳态o 1 电压波动 2 5 h z 间歇o 1 - 7 频率偏差 1 0 s 影响用户设备正常运行的最严重的暂态电能质量问题【4 l 。 不同的文献描述电压骤降现象特征采用的特征量不同，但大部分采用骤降幅 值和骤降持续时间来描述。本文利用m a t l a b 仿真电力系统工频运行时发生单相 接地短路故障，其故障相电压发生短时下降，得到的电压骤降波形如图1 1 所示。 号 2 莲 。 雾- 2 电 o 1 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 0 8 0 0 09 0 0 01 0 0 0 0 t 图1 1 电压骤降波形 第一章绪论 2 、电压骤升( s 、e 1 1 ) 电压骤升是指工频电压有效值上升到1 1 p u 1 8 p u 之间，持续时间在o 5 周波 到1 分钟之间的电压质量问题。与骤降一样，骤升也与系统的故障有关，但不如 电压骤降那样常见如图1 _ 2 所示的是如上所示的单相接地故障引起的非故障相的 电压骤升情况。 号 信 升 骤 力 电 2 r 一一7 r - n 1 7 _ 1 - t r 丁 、 ，、， ， 、1 1 r 、 n，、 o i 、j 1 凡f 八一of1 i 。 。 l 1 l ，1j 。 - 2 l _ 。l u l l l l l 一i j 一l 一j 01 0 0 02 0 0 03 0 0 0 4 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 08 0 0 09 0 0 01 0 0 0 0 t 图1 2 电压骤升波形 描述电压骤升现象的特征量与电压骤降相同，也是采用幅值和持续时间。在一 次故障中，电压骤升的严重程度与故障位置、系统阻抗和系统是否接地等因素密 切相关【5 l 。 3 、电压中断( i n t e m m t ) 电压中断指的是供电电压降刭o 1 p u 以下，持续时间不超过1 分钟的电能质量 问题。引起电压中断的主要原因是由于雷击、树木倾倒、刮风等引起的电力系统 瞬时性故障，也有可能是设备失效或控制装置的误动作。由定义可知，发生电压 中断时电压幅值总是小于标称的值l o ，因此只需对其持续时间进行测量。电压 中断出现在故障发生时刻到保护装置动作之间。图1 3 显示了电压中断这一现象： 持续了5 个周期，直到自动重合闸再次接通f 7 】。 2 o 之 01 0 0 02 0 0 0 3 0 0 04 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 08 0 0 09 0 0 01 0 0 0 0 t 图1 _ 3 电压中断波形 4 、振荡暂态( s u r g e ) 振荡暂态是指电压或电流在其稳态条件下的一个突发的、非电源频率的变化。 且这种变化是双极性的( 即有正有负) 。振荡暂态由瞬时值迅速改变极性的电压或 电流组成，可由其频谱成分、持续时间和幅值来描述。表1 2 根据频谱成分把振荡 暂态分为低频、中频和高频三个子类，选用的频率划分范围与常见的电力系统振 荡暂态现象是一致的( 。】。 主要频率成分大于5 0 0 k h z 且持续时间为数微秒( 或主频的几个周期) 的振荡 号信断中力电 6 基于小波变换的电力暂态与谐波信号的检测与分析研究 暂态称为高频振荡暂态，它往往是本地系统对一次脉冲暂态响应的结果。 主要频率在5 k h z 到5 0 0 k h z 之间，持续时间为数十微秒( 或主频的几个周期) 号5 芗j 。j j jj | ? j 吩j ，i ，0 羹。s ：，o o 。茹r 茹r 茄r 茹赢丽1 蒜、蔚嗡。 簪 图1 4 振荡暂态波形 的振荡暂态称为中频振荡暂态。电缆投切所引起的振荡暂态电压即为该现象的表 现。 主要频率成分小于5 k h z 且持续时间为0 3 m s 到5 0 m s 的暂态称为低频暂态。 这类现象可能由多种时间引起并常出现在二次输电和配电系统中【7 1 。 主要频率成分小于3 0 0 h z 的振荡暂态也存在于配电系统中，它们一般和铁磁谐 振以及变压器的接入有关。当系统与变压器涌流中的低频成分发生谐振时，或者 当异常情况导致了铁谐振时，就会出现这种低频振荡暂态。 5 、脉冲暂态( i m p u l s e ) 脉冲暂态表示了在两个连续稳态之间的一种在极短时间内发生的现象或数量 变化，它可以是任一极性的单方面脉冲，也可以是发生在任一极性的阻尼振荡的 第一个尖峰。如图1 5 所示 着 2 垫 。 藻一2 奢 图1 5 脉冲暂态波形 l 。3 暂态电能质量的检测分析方法 近年来，基予数字技术的电能质量分析方法已被广泛应用于电能质量的检测与 分析中，其分析方法主要可分为时域、频域和变换域3 种。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仿真程序对电能质量问题 的各种暂态现象进行研究。频域分析方法主要用于电髓质量中谐波问题的分析， 第一章绪论 利用常规谐波潮流计算，分析谐波在系统中的分布情况。基于变换域的方法主要 指傅立叶变换方法、短时傅立叶变换方法以及近年来出现的小波变换方法。 ( 1 ) 傅立叶变换方法 作为经典的信号分析方法，傅立叶变换具有正交、完备等许多优点，而且有 像f f t 这样的快速算法因此，已在电能质量分析领域中得到广泛应用。但在运 用f f t 时，必须满足以下条件： 1 满足采样定理的要求，即采样频率必须是晟高信号频率的两倍以上； 2 被分析的波形必须是稳态的、随时间周期变化的。 因此，当采用频率或信号不能满足上列条件时，f f t 分析会产生“旁瓣”和“频 谱泄漏”现象，给分析带来误差。此外，由于f f t 变换是对整个时间段的积分， 时间信息得不到充分利用；信号的任何突变，其频谱将散布于整个频带。 ( 2 ) 短时傅立时变换方法 为解决上述问题，g a b o r 利用加窗，提出了短时傅立叶变换方法，即将不平稳 过程看成是一系列短时平稳过程的集合，将傅立时变换用于不平稳信号的分析。 由于实际多尺度过程的分析要求时一频窗口具有自适应性，即高频时频窗大、时窗 小。低频时频窗小、时窗大，雨钉f t 的时一频窗口受i j 固定不变。因此，它只适合 于分析特征尺度大致相同的过程，不适合分析多尺度过程和突变过程。而且，这 种方法的离散形式没有正交展开，难以实现高效算法。 ( 2 ) 小波变换方法。 小波变换由于时一频局部化的特点，克服了以上f 双和s f f t 的缺点，特别适 合于突变信号和非平稳信号的分析。小波变换作为一种新的数字技术被引入工程 界后，已在图象处理、数据压缩和信号分析等领域得到广泛应用。由于小波函数 本身衰减很快，也属于一种暂态波形，将其用于电能质量分析领域，尤其是暂态 过程分析领域将具有f f t 、s t f r 所无法比拟的优点。 1 4 电能质量问题的国内外研究状况 1 4 1 国外研究现状 国外有关电能质量问题的研究正掀起高潮，从所适用的功率理论的扩展，到电 能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环 境的定义；各种电能质量问题分析方法的提出，以及用户电力技术等电能质量控 制技术的研究和装置的开发正在深入进行1 0 1 。 ( 1 ) 理论方面积极开展电能质量指标的评价体系研究。如何评价电自2 质量的 基于小波变换的电力暂态与谐波信号的检测与分析研究 好坏，通常使用的几种定量评价电能质量的指标如总谐波畸变率、功率因数等， 但当波形为非周期信号、频率为分数次谐波频率时，上述评价指标就有不协调的 问题。这涉及到如何处理畸变、不平衡现象的功率定义的问题。这方面国外已作 了大量研究，并给出了一些建议，但至今尚未取得一致意见。i e 髓从电磁暂态现 象出发，将各种暂态现象作了细致而详尽的描述，但目前仍然没有一个统一的标 准。基于时域、频域和变换域的各种分析方法在电能质量分析领域得到了广泛的 应用。特别是变换域方法如傅立叶变换法，短时傅立叶变换法成为电能质量分析 中最常用的算法。随着小波变换理论的出现，更为电能质量分析开辟了新的研究 方向【l l 】。不少学者已开始这方面的研究，主要集中在应用小波方法进行电能质量 扰动检测和定位、信号数据压缩、识别和分类等方面的研究并开发了基于小波变 换和傅立叶方法的自动检测和分析系统【。”。 ( 2 ) 人工智能( a i ) 和高级数学工具在电能质量研究中的应用。所谓人工智 能，即伴随人类思维的一种自动化的行为。它已在电力系统许多领域得到广泛应 用：报警处理，系统诊断，保护操作，系统的安全，恢复控制，辅助运行装置， 发电计划，负荷预报以及故障诊断。用于电力系统的人工智能工具包括：模糊逻 辑( f l ) ，适应性模糊逻辑( a f l ) ，专家系统( e s ) ，人工神经网络( a n n ) ，基 因算法( g a ) 等。人工智能作为一门发展迅速的交叉学科，受到了电力行业科研 工作者和工程技术人员的关注，已经在电力系统的各个领域得到广泛应用。包括 电力电子、电力系统规划、系统安全稳定性分析、继电保护、故障诊断和定位、 负荷预报、运行与控制以及教育仿真等。与此同时，将人工智能应用于电能质量 分析也是目前从事电能质量的科研工作者研究的热点f l7 。国外专家学者对此开 发和研究了将小波变换与人工神经网络、专家系统、模糊逻辑等相结合，利用人 工智能技术对暂态电能质量波形进行自动辨识的软件系统，并进行实际的应用和 验证【9 m l 。开发出融合电力系统仿真、电能质量事件的分类和特征化，以及设备 敏感度研究的新型电能质量软件。 ( 3 ) 统一电能质量调节器( u p q c ) 或称电能质量调节器( p q c ) 。它可快速 补偿供电压中的骤升或骤降、波动和闪交、谐波电流和电压、各相电压的不平衡 以及故障时短时电压中断等，是一项具有综合功能的电能质量控制器。 ( 4 ) 此外，针对各种电能质量问题，国外已提出并开发了许多改善和提高电 能质量的装置。包括：有源电力滤波器( a p f ) 和无源滤波器( t f ) 、配电用静态 同步补偿器( d s l a 1 r c o m ) 、动态电压恢复器( d v r ) 、功率因数校正电容器( p f c c ) 、 避雷器( s a ) 、静态电子分接开关( s e t c ) 、固态断路器( s s c b ) 等。这些装景 己相当成熟，其产品开始进入大量实用化阶段1 2 】。 第一章绪论 9 1 4 2 国内研究现状 为了保证我国的电能质量，到2 0 0 2 年底，我国相继发布了六项电能质量国家 标准：g b l 2 3 2 5 9 0 电能质量供电电压容许偏差、g b l 2 3 2 6 2 0 0 0 电能质量 电压容许波动和闪变、g b t 1 5 9 4 5 母3 电能质量公用电网谐波、g b 厂r 1 5 5 4 3 一 1 9 9 5 电能质量三相电压容许不平衡度、g b 厂r 1 5 9 4 5 1 9 9 5 电能质量电力系统 频率容许偏差和g b 厂r 1 8 4 8 1 2 0 0 1 电能质量暂时过电压和瞬态过电压。但对 于暂态电能质量问题，不论是理论研究还是装置的开发都还处于尝试应用阶段。 对于暂态电能质量现象的描述和定义也没有统一的标准，有关暂态电能质量的检 测、分类与识别的分析方法诸如f f t 、小波变换以及人工智能的结合应用研究已 逐步展开，并成为电能质量领域的新热点问题。特别是基于小波变换的电能质量 问题应用方面已进行了探讨和试验研究，并取得了一定的理论成果。而针对电能 质量的改善，国内目前开发了各种装置，如有源电力滤波器( a p f ) 和无源滤波器 ( t f ) 、配电用静态同步补偿器( d s r c o m ) 、动态电压恢复器( d v r ) 、统一 电能质量控制器( u p o c ) 等，许多己进入实验阶段。但由于国内整体电力系统自 身的限制，在该领域的研究主要以概念性问题为主，缺乏对深层次问题和应用技 术方面的深入研究。在电力生产实际中，国内供电部门和电力用户对暂态电能质 量问题还未引起足够的重视。 1 5 基于小波变换的电力系统暂态信号的研究内容强+ 2 副 基于小波变换的电力系统暂态信号的研究主要包括以下内容： 1 滤波，去噪与定位 电力系统暂态信号是较复杂的，如系统发生故障后，实测故障电流一般是包 含工频基波分量、各次谐波分量、故障暂态分量和一些噪声的混合信号。滤波与 去噪计算的目的在于，在噪声背景下求取工频基波及各次谐波的幅值稻相位，定 位高频暂态分量。m a l l a t 分解算法将信号分解成了不同频率通道成分，据此，可实 现数字信号滤波。另外，小波变换的模极大值集中体现了信号的奇异性，自噪声 的性态与信号的奇异性态在小波变换下具有截然不同的性质，即噪声信号所产生 的小波变换模极大值随尺度的增大丽减小，其它信号引起的小波变换模极大值随 尺度的增大而增大( 对于阶跃信号保持不变) 。据此，可以有效地消除噪声。 2 暂态信号检测与分类 随着电网巨大化、复杂化的发展，暂态信号的检测与分类将是电网故障诊断 及电能质量分析的重要依据。近年来，小波变换已经在电力系统暂态信号分析， 基丁二小波变换的电力暂态与谐波信号的检测与分析研究 特别是故障暂念信号的分析中得到广泛应用 3 谐波检测 基于小波变换的多分辨分析，将含有谐波的电流信号分解成不同频率的块信 号，将低频段上的结果看成基波分量，高频段为各次谐波。因此，可用软件构成 谐波检测环节，具有计算速度快的特点，能够实时跟踪谐波的变化 4 故障定位 利用电流行波小波变换模极大值随尺度的传播特性，精确定位故障暂态行波 两次到达观测点的时刻和时间问隔，实现故障测距。行波的小波变换能够刻划故 障行波信号到达时刻，解决了电流行波测距由于无方向性带来的检测制约。 5 电力设备故障诊断 电力设备( 如电机) 故障诊断就是分解和处理电力系统基本设备在运行中产生 的各种电磁、机械等信号，实时地判别其状态。电力设备正常运行时发出的信号 ( 如振动) 较平稳，一旦设备异常，必产生暂态信号。对暂态信号作多分辨分析， 可以显示故障信号的突变幅度和时间，从而达到设备故障诊断的目的。 1 6 本文所做的主要工作和成果 本文首先系统的介绍了电能质量现象，并对各种电能质量问题的分类、定义、 特征及产生原因进行了介绍。 在对电能质量问题的分析方法进行研究的基础上，本文采用小波变换的方法， 对暂态电能质量的检测、定位、去噪、特征提取等分类进行了详细的研究，具体 包括以下几方面的工作： ( 1 ) 对采用的分析方法一小波变换理论进行了详细的论述，分析了小波变换 相对于傅立叶变换的优点，并阐述了小波变换的定义、多分辩率和m a l l a t 算法等 基本理论，为小波交换在暂态电能质量分析中的应用作了必要的铺垫。 ( 2 ) 对小波理论在电能质量检测中的应用理论作了较详细的论述，如：奇异 性检测原理、模极大值理论、故障定位和小波去噪等。 ( 3 ) 利用小波理论对暂态电能质量信号进行了去噪、故障定位、分类等具体 的检测，并通过m a t l a b 的仿真。 ( 4 ) 提出了利用组合小波对电力谐波信号进行分析的方法，且此种方法能准 确的检测电力谐波信号的含量和频率，并通过了仿真验证。 ( 5 ) 以光纤电流互感器为例，提出了一种具有对暂态信号实时处理能力的正 交双路m o c t 系统，该系统保护输出和计量输出的精度均能满足实际应用要求。 ( 6 ) 在论文最后，对基于小波变换的电能质量检测方法进行了总结概括和展 望，并分析了基于小波变换的暂态信号分析的应用价值及应用前景。 第二章小波变换理论 第二章小波变换理论6 】 长期以来，f o l l r i e r 分析一直被认为是最完美的数学理论和最实用的方法之一。 但是经典的傅氏变换有它固有的缺点，它只适用于确定性的平稳信号，在时域无 任何定位性( 或分辨率) ，也即傅立叶变换所反映的是整个信号全部时间下的整体 频域特征，只能获得信号的整个频谱，而难以获得信号的局部特性，特别是非平 稳信号在时间轴上的任何突变。将频