（电力系统及其自动化专业论文）电能质量检测ied中的数据处理.pdf

西华大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文电能质量检测i e d 中的数据处理 研究，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除 文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已 经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。 与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并 表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 蓄繁艺鬈：少充 誓瑟：- 师z 签_ o 各l l 、p 彳 日期：2 _ 厂、， 日期 、广i 西华大学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，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 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，西 华大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 菩繁竺豪爹葱指导訾着，孕彳 日期：山扒厂 日期：o ，于。j 西华大学硕士学伊论文 摘要 i e c 6 1 8 5 0 系列标准是关于变电站自动化系统与通信网络的最新围际标准，代表了今 后数字化变电站的发展方向，其重要目的就是实现不同厂商设备之间的互操作性。现在， 世界各国都在围绕标准开展应用性研究。电能质量检测与分析是电能质量控制的基础， 建立电能质量检测的智能电子设备，并对电能质量扰动进行正确检测、评估和分类均是 十分必要的。 针对电力系统安全运行、掌握谐波情况和正确分析电能质量，本文对主站层的来自 基于i e c 6 1 8 5 0 的电能质量检测智能电子设备中的数据进行了较为深入的研究，主要研究 内容如下： 1 、构建了一种基于i e c 6 1 8 5 0 下的电能质量柃测i e d 框架。同时，探讨了电能质量检 测系统中使用i e c 6 1 8 5 0 标准的必要性，并且对电能质量检测的建模和节点添置进行了初 步研究。 2 、研究了一种基于f f t 和小波变换相结合的数字信号处理方法。仿真结果验证了这 种方法不仅能够准确检测出扰动信号的起止时刻，也能够分析各次谐波的幅值和相角的 结论，表明在畸变和扰动的情况下采用这种改进的算法具有很好的实用性和灵活性。 3 、在详细研究了电能质量扰动信号检测与辨识原理的基础上，鉴f 小波变换优秀 的时频局部化特性和支持向量机优秀的统计学习能力，本文对基丁：小波变换和多类支持 向量机分类器的动态电能质量扰动识别与分类方法进行了改进优化：小波变换丰要用于 提取动态电能质量扰动的特征向量：多类支持向量机分类器主要用r 根据提取的特征向 量对动态电能质量扰动进行识别与分类。实验结果验证了该方法的有效性和准确性。 关键词：电能质量：i e c 6 1 8 5 0 ；智能电子设备； 逻辑节点；快速傅里叶变换； 小波变换：扰动分类；支持向量机 电能质量检测i e d 中的数据处理 a b s t r a c t i e c 618 5 0 ，t h en e wi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r df o rs a s ( s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ) d e f i n e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ni e d s ( i n t e l l i g e n te l e c t i o n i cd e v i c e s la n ds u b s t a t i o n s y s t e m ，w h i c hr e p r e s e n t st h ef u t u r ed i r e c t i o no fd i g i t a ls u b s t a t i o n n l ep u r p o s eo fi e c 618 5 0 i st oe n h a n c et h ei n t e r o p e r a b i l i t ya m o n gi e d sf o rb u i l d i n gas e a m l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a tp r e s e n t ，t h ea p p l i e dr e s e a r c hi sc a r r i e do u ta r o u n dt h ei e c 6l8 5 0s t a n d a r da l lo v e rt h e w o r l d p o w e rq u a l i t yd e t e c t i o na n da n a l y s i si st h eb a s i so f p o w e rq u a l i t yc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，i t i sv e r yn e c e s s a r yt ob u i l du pl e do fp o w e rq u a l i t yd e t e c t i o ni no r d e rt h a tt h ep o w e r q u a l i t y d i s t u r b a n c e sc a nb ec o r r e c t l ye x a m i n e d ，e v a l u a t e da n dc l a s s i f i e d t h i sp a p e rd e e p l ya n a l y s e st h ed a t u mt h a ta lef r o mt h ep o w e rq u a l i t yd e t e c t i o nl e d b a s e do ni e c 618 5 0i nm a i ns t a t i o nl a y e r i tc a nh e l pu st ok n o ws a f e t yr u n n i n go fp o w e r s y s t e m o fc o u r s e ，i ti sn e c e s s a r yt oe x a c t l yu n d e r s t a n d t h eh a r m o n i cc o m p o n e n ti np o w e r s y s t e ma n dc o r r e c t l ya n a l y s e st h ep o w e rq u a l i t y t h em a i nr e s e a r c h i n gc o n t e n t sa r e i n t r o d u c e da sf o l l o w i n g ： 1 b a s e do ni e c 6l8 5 0 ，af r a m e w o r ko fp o w e rq u a l i t yd e t e c t i o nd e v i c ei sc o n s t r u c t e di n t h i sp a p e r t h e n ，t h es i g n i f i c a n c eo fu s i n gi e c 618 5 0i np o w e r q u a l i t yd e t e c t i o ns y s t e mi s d i s c u s s e d a l s o ，t h em o d e l i n ga n dl ne x t e n s i o no fp o w e r q u a l i t yd e t e c t i o nl e d a r ei n d e p t h r e s e a r c h e d 2 a ni m p r o v e da l g o r i t h mi sp r o p o s e db a s e do nf a s tf o u r i e rt r a n s f o f i t ! a n dw a v e l e t t r a n s f o r mf o rt h eh a r m o n i c sa n a l y s i si nt h ep o w e rq u a l i t yd e t e c t i o nd e v i c e t h es i m u l a t i o n r e s u l t sr e v e a lt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o d sc a nb eu s e dt ol o c a t ed i s t u r b i n gs i g n a l sa n da n a l y z e h a r m o n i cs p e c t r u m c o m p o n e n t s t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h ei m p r o v e da l g o r i t h mh a s p e r f e c tp r a c t i c a b i l i t ya n df l e x i b i l i t y , e s p e c i a l l yu n d e rt h ec o n d i t i o no fs i n g u l a r i t i e sa n d p e r t u r b a t i o n s 3 a f t e rs t u d y i n gt h ed e t e c t i o na n di d e n t i f i c a t i o no f p o w e rq u a l i t yd i s t u r b a n c es i g n a l ，a n i m p r o v e dm e t h o db a s e do nc o m p l e xw a v e l e tt r a n s f o r ma n dm u l t i - c l a s ss v mc l a s s i f i e rf o r r e c o g n i z i n ga n dc l a s s i f y i n ga l g o r i t h mo fd y n a m i cp o w e rq u a l i t yd i s t u r b a n c e si sp r e s e n t e d ， b e c a u s ew a v e l e tt r a n s f o r mh a v et h ee x c e l l e n tc h a r a c t e r i s t i co ft i m e - f r e q u e n c yl o c a l i z a t i o n ， a n ds u p p o r tv e c t o rm a c h i n e ( s v m ) h a st h ee x c e l l e n ta b i l i t yo fs t a t i s t i cs t u d y t h ew a v e l e t t r a n s f 0 1 1 1 1i su s e dt oe x t r a c tt h ef e a t u r ev e c t o ro f d y n a m i cp o w e rq u a l i t yd i s t u r b a n c e s a n dt h e m u l t i - c l a s ss v mc l a s s i f i e ri su s e dt o r e c o g n i z ea n dc l a s s i f yd y n a m i cp o w e rq u a l i t y d i s t u r b a n c e sa c c o r d i n gt ot h ef e a t u r ev e c t o re x t r a c t e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s v e r i f yt h e v a l i d i t ya n da c c u r a c yo ft h i sm e t h o d k e y w o r d s ：p o w e rq u a l i t y ：i e c618 5 0 ： f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ：w a v e l e tt r a n s f o r m ； m a c h i n e 。 n i n t e l l i g e n te l e c t r o n i cd e v i c e ；l o g i c a ln o d e ： d i s t u r b a n c ec l a s s i f i c a t i o n ；s u p p o r tv e c t o r 西华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i l 绪论l 1 1 电能质量的认识l 1 2 课题研究的意义l 1 3 课题研究的现状3 1 4 论文的主要工作6 2 基于i e c 618 5 0 的电能质量l e d 模型研究7 2 1 引言7 2 2i e c 6 18 5 0 标准的主要内容和特点7 2 3 电能质量检测l e d 的功能分析9 2 4 电能质量检测l e d 的数据建模。1 0 2 5 电能质量检测l e d 节点空间的扩展1 6 2 6 电能质量检测l e d 模型结构。1 8 2 7 本章总结l9 3f f t 和小波变换在电力谐波检测中的综合应用2 0 3 1 弓i 言2 0 3 2 电能质量检测方法分析2 0 3 2 1 信号奇异性检测原理2 0 3 2 2 检测信号的消噪处理2 l 3 2 3 小波变换的特点2 l 3 3f f t 和小波变换结合检测算法2 2 3 4 小波函数的选取一2 3 3 5 小波分解层数的确定2 3 3 6 算法的建模分析2 4 3 6 1 对各种模拟信号的仿真分析2 4 3 6 2 对实际系统的建模和分析3 8 3 7 本章总结4 3 4 暂态电能质量扰动的检测与识别分类4 5 4 1 引言4 5 4 2 暂态电能质量问题4 5 1 1 1 电能质量检测i e d 中的数据处理 4 3 基于支持向量机的电能质量信号识别分类4 9 4 3 1 统计学习理论和支持向量机4 9 4 3 2 支持向量机的数学模型5 0 4 3 3l i b s v m 分类器的选用5 2 4 3 4l i b s v m 参数的选取与优化5 2 4 3 5 样本预处理5 3 4 3 6 电能质量信号l i b s v m 分类树的构造5 4 4 3 7 特征向量的提取5 5 4 4 训练和测试验证5 6 4 5 本章总结。5 8 5 总结与展望6 0 5 1 全文总结6 0 5 2 展望未来6 1 参考文献。6 3 攻读硕士期间发表学术论文和参与科研项目情况6 7 致谢6 8 两华大学硕学位论文 1 绪论 1 1 电能质量的认识 从普遍意义讲，电能质量( p o w e rq u a l i t y ) 是指优质供电l 。国际电力电子工程师协 会i e e e 和国际电工委员会i e c 都对电能质量给出了各自的定义。i e e e 对现代供电系统 典型的干扰【2 】进行了详细的分类说明，将电磁暂态现象现象分为：瞬时、短时和长期的 电压变动三大类，在此基础上又进一步细分出1 8 个子类。i e c 则提出了电磁兼容【3 j ( e m c ) 的概念，但是e m c 提出的计算电气化铁路牵引站注入电网谐波电流允许值的原 则和方法，在现场应用中与电网运行的实际情况并不完全吻合。迄今为止。人们对电能 质量的技术含义还存在着不同的认识，主要原因在于看问题的角度不同。在整个电力系 统中，不同时刻、不同地点的电能质量指标往往是不同的，电能质量始终处在动态变换 中。电能传播速度快，电能质量扰动复杂多变，电能质最问题主要足因为电力负荷构成 的变化和大量谐波注入电网造成的f 引。 由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都 属f 电能质鼍问题。我们在身边也有各种电能质肇实际现象的切身感受。比如灯光闪烁、 电脑错误重启、断路器错误跳闸、调制解调器损坏、电动机彭抖、变压器噪声等等。这 些现象是由于谐波、电压波动、电压骤升和骤降、瞬态过压和不平衡等因素造成的- 谐 波比如由于i t 设备、调速设备或者荧光灯产生；电压波动比如由于电动机启动或者点 焊机产生；瞬态过压比如由于闪电或者电容器投切产生；电压骤升和骤降比如由于短路 或者错误的无功补偿产生：不平衡比如由于单相负载产生。 一方面，现代电能质量已不仅是频率、电压和供电可靠性要得到保障。同时还要适 应和满足大型计算机系统、自动化生产流水线、微电子调速系统、信息网络系统等对频 率质量、电压暂态与稳念的新要求。另外一方面，现在的配电系统的发展趋势越米越综 合自动化，采用在线监测与控制，集中管理电能量并且进行分析等等，电能质量足发、 供、用电部门重点完善的零要指标，我们同时要以用户的受电端为主来保证电能质量， 对普通电力用户和敏感田厂，要进彳j = 分别监控。 1 2 课题研究的意义 传统的电能质量研究的主要内容是电网的频率、供电电压和功率冈数。最近儿年， 人们对电能质量的认识和要求又发展到一个新的阶段。电能质量污染的检测不仅要结合 对电网电能质量指标的检查考核，还要检测用户设备对电网的影响。暂念电能质量参数 已经引起了人们的注意，并认为电力系统电能的传输不仅是能量的传递，而且同时也是 一种信息的输送。目前，电能质量检测系统已经形成了数据采集与监视控制( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 系统1 6 j ，采用浏览器和服务器( b r o w s e r s e r v e r ， 电能质鼍检测i e d 中的数据处理 b s 或者客户机，服务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 结构。 图1 1 是本文搭建的具体的电能质量检测系统功能框图1 7 1 。在图1 1 中，在子站端 采用i e c 6 1 8 5 0 变电站通信网络和系统标准来实现互操作。此时，子站端多功能、全数 字化的面向对象的各个检测单元把各类电能质量的实时信息通过庞大的网络系统汇集 到电能质量数据库中心到主站端，主站端再按照能量管理系统i e c 6 1 9 7 0 标准进行系统 数据库建模，各部门通过网页浏览的方式对自己所关心的数据进行分析和应用。根据图 1 1 ，本论文不讨论具体的嘲络通信，而是重点对子站端和主站端部分做出分析，图1 1 中右侧第2 章、第3 章、第4 章代表本论文的主要研究内容。 电能质量扰动i ；! 别系统 电能质墓分析与应用 s e r v e r 上行通信f j 通信 上控程序x m l 服务 f 家与f 曰女蛇约聋0 规约解析 i e c 6 1 8 5 0 的转换 彤 弋兰7 电能质景擒测殴各 开父量 l 拎；则装置 录波装置 高级成用 应喟软件 数据唪平台 网络通信 数据采集及 数据服务器 电能质最检 测i e d 通信 电能暖量拎 测i e d 及开关 量开入歼出 ”本文第铧 ”本文第薄 本文第7 章 图1 1 电能质量检测系统 f i g 1 1t h ep o w e rq u a l i t yd e t e c t i o ns y s t e m ： ，、 该系统在整体上辛要采用b s 结构，一个子站就是一个数据服务器，集数据采集、 信息集中管理、信息发布服务为一体。主站根据需要向子站提出服务请求，子站响应后 提供给主站相应的服务。 2 0 1 0 圭l z 6 月3 0 日，中国国家电p 6 9 公司也发布了其智能电网的技术标准，强烈要求变 电站中现育的电能质量监测设备要兼容。2 0 1 1 年，以智能电表为代表的国内外设备研发 的用户安装也已试点大力开展。i e c 6 1 8 5 0 5 l 系列标准是关于变电站自动化系统与通信网 络的最新围际标准，也代表了今后数字化变电站的发展方向，其雹要目的就是实现不同 一蕾站端一网络通信一 子 站 端 一 西华大学硕：匕学位论文 厂商设备之间的互操作性。i e ct c 5 7 已对第一版的i e c 6 1 8 5 0 7 3 进行了修订，+ 对电能质 最模型和统计和历史信息的表述定义了新的公用数据类。这磐修正案将在未来合并在的 第一版i e c 6 18 5 0 7 x 系列标准中，并将在其第二版的形式分发。目前世界各国都在围 绕i e c 6 1 8 5 0 标准开展应用性研究。综上所述，电能质量检测与分析是电能质量控制的基 础，依据本文搭建的电能质量检测系统功能框图，首先依照i e c 6 18 5 0 标准建立电能质量 监测的智能电子设备，然后对主站层海量的的电能质量扰动数据进行正确检测，评估和 分类均是十分必要的。 1 3 课题研究的现状 ( 1 ) 电能质量检测i e d 的国内外研究现状 随着电力系统自动化水平的提高以及变电站自动化通信标准i e c 6 1 8 5 0 的颁布，数字 化变电站已成为必然的技术发展趋势。与变电站原有通信规约比较，i e c 6 1 8 5 0 标准使用 了面向对象技术建立数据模型，专门有变电站的配置描述语言，而且i e c 6 1 8 5 0 标准将数 据与数据访问的通信服务分开定义，方便了底层应用。当前数字化变电站是包括智能化 的一次设备以及网络化的二次设备，在实际的变电站中，我们往往使用的是多个厂家的 电能质量检测设备，这些设备互不兼容是常事。i e c 6 1 8 5 0 起源于美国电科院的公用事业 通讯体系( u c a ) ，目前a b b 、a l s t o m 、s i e m e n s 、s i s c o 等公司已经在开发符合电能 质量检测要求的l e d ，不但有检测装置，还有符合该标准的过程层设备。 t i e c 6 1 8 5 0 标准囝外应用情况： a b b 、西门子等均已推出基于i e c 6 1 8 5 0 的相关产品。2 0 0 4 年1 1 月，西门子在瑞 士投运了世界上第一座完整的6 1 8 5 0 意义上的1 6 k v 变电站自动化系统。据两门子报道， 上海南桥变电站是其第1 0 0 座i e c6 1 8 5 0 变电站自动化系统。 i e c 6 1 8 5 0 标准国内开发情况： 目前国内j 1 。家人都在站级嘲络上为实现i e c 6 1 8 5 0 通信机制做了人量研究工作， 但在过程层的研究工作有待实质性进展。 。 现阶段，应用i e c 6 1 8 5 0 规约的产品三在南端、四方、电科院、许继、东方电子 等公h - j 的开发研制中。虽没有完整的适合我国国情的技术方案提出，也没有典型成熟的 示范工程，但在相关核心期刊上已经有相当数量的有关i e c 6 1 8 5 0 的文献。 2 0 0 5 2 0 0 6 年，由国调中一1 1 , 组织已经进行了五次基于i e c6 1 8 5 0 模拟系统的互操 作试验，第六次将引入国外公司的设备进行试验。 2 0 1 0 年6 月3 0 日，中国国家电网公司发布了其智能电网技术标准，其f f l 对于变电环 节要求实现电网运行数据的全面采集、实时共享、实刚控制、智能调节：同时要求全站 信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。这些要求和进展列r 变电环节智能化 的数字化变电站具有革命性意义。i e c 6 1 8 5 0 的发布对国内外数字化变电站的建设起到了 极大的促进作用。 3 电能质量检测i e d 中的数据处理 我们注意到，i e c 6 1 8 5 0 系列标准第一版并没有考虑电能质量管理方面的内容，原来 测控、故障录波和同步相量测量装置等等都是相瓦孤市的。但是i e c 6 1 8 5 0 系列标准第2 版增补了其内容，对电网实时运行的稳态、动态和暂态数据都增加了节点，可以进行信 息建模，可见现代电能质量的重大意义。目前国内大力推动智能电网变电环节建设，对 各个电能质量检测i e d 完全符合i e c 6 1 8 5 0 标准也取得了一定的进展i s , q 1 0 1 1 , 1 2 l 。 文献1 8 】中对电能质量监测的建模和工作机理分析进行了深入研究，并且很好的实现 了m m s 核心协议栈功能。但是由于i e d 是一个嵌入式系统，需要对系统的硬件进行设计、 嵌入式操作系统的移植，考虑整机的实时性是否满足i e c 6 1 8 5 0 对性能的要求方面还有待 深入研究。 文献1 1 i j 中详细介绍了电能质鼍髓测模犁的建：怠过程和基于i e c 6 1 8 5 0 标准的i e d 通 用建模工具的实现过程，以及整个功能框架和建模所需的可扩展标记语言( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 技术，应用效果很不错，但是没有能够建立支持i e c 6 1 8 5 0 标 准的完整的公用数据类( c o m m o nd a t ac l a s s ，c d c ) 库。 ( 2 ) 电能质量分析方法的国内外研究现状 近年来，用于电能质量分析的方法主要有三种1 1 3 j ：时域仿真法、频域分析法和基于 变换的方法。 1 ) 时域分析：利用各种时域仿真程序1 1 4 1 研究电能质量扰动现象。如暂态程序e m t p ； e m t d c 等，电路仿真程序m a t l a b 、p s p i c e 等。分别分析暂态现象和电子控制电路。 时域分析是应用最广泛的一种分析方法。 2 ) 频域分析：频域仿真方法i b j 主要用于谐波频谱、谐波潮流的分析。由于考虑到 一些非线性负载的动态特性，近年来又提出一种混合谐波潮流计算的方法，即在常规的 谐波潮流计算泫的基础上，利用e m t p 等时域仿真程序对非线性负载进行仿真计算， 可求出各次谐波动态电流矢量，从而得到暂态谐波潮流解。 3 ) 数学变换：用傅氏变换，小波变换和：次变换等数学方法分析电能质量问题。 傅氏变换分析方法( f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ，f f t ) 足典型、广泛应用的时频 域分析方法，己在电能质量分析领域中得到广泛应用【1 6 1 7 l 。要注意的是傅氏分析中的奇 函数、偶函数与奇次谐波、偶次谐波足性质不同的两个概念。 在电能质帚监测、控制应用中，通常采集然后处理有限长且离散的信号，冈此，离 散傅里叶变换( d f t ) 是最基本、最常用的运算。但d f t 计算时间长、速度慢。难以实 刚计算。f f t 是d f t 的快速算法，能显著提高计算速度。但在运用f f t 时，必须菩求 满足采样定理，同时波形要稳定，否则会出现“旁瓣”和“频率泄露”现象。大量信号分析 和处理，都需要防频谱混叠现象。短时间傅艰叶变换1 1 8 l ( s h o r t t i m ef o u r i e rt r a n s f o r m ， s t f t ) 方法就是为了克服傅它叶变换方法小能进行局部化分析的重大缺陷提出的。但 是缺陷在于s t f t 的时频窗则固定不变，很难有实时高效的算法实现。 4 西华大学硕士学伊论文 小波变换 1 9 2 0 2 1 】( w a v e l e tt r a n s f o r m ，w t ) 与傅里叶变换相比，是一个时间和 频域的局域变换。因而能有效地从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数 或信号进行多尺度细化分析，解决了傅里叶变换不能解决的许多困难问题，特别适合于； 突变电能质量信号和不平稳电能质量信号的分析。 二次变换法是一种基于能量角度来考虑的时频变换方法。一般认为，信号的能 量分部总是时间与频率的双线型函数，它构成了时频二次变换的基础。另外还有基于二 次变换的信号处理方法【2 引，它是利用平滑假维格纳维尔分布( s m o o t h e dp s e u d o w i g n e r - v i l l ed i s t r i b u t i o n ) 的能量分布与可分离的汉明( h a m m i n g ) 时窗和汉明频窗结 合起来进行电能质量分析。 ( 3 ) 电能质鼍识别分类的国内外研究现状 对电能质量进行监测和分析是发现电力质量问题并进行相应治理和改善的前提条 件。本章图1 】中检测到的电能质量相关数据十分庞大，采用人工方法对这些监测设备。 收集剑的海量数据进行处理，不仪会浪费大量的人力和物力，而且效果也不佳。因此， 电能质量扰动的分类识别是近年来一个复杂的热点课题，为解决这个问题，国内外进行 广泛深入的研究提出了专家系统、人工神经网络、隐式马尔科夫模型、支持相量机等众 多方法。 。 一 电能质量扰动自动分类和识别是电能质量研究领域的一个重要的问题，国内外研究一 人员在这方面做了大量的工作。目前主要的分类方法有：人工神经网络【2 剐( a r t i f i c i a l 0 n e u r a ln e t w o r k ，a n n ) 、专家系统【城2 5 l ( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 、模糊分类【2 6 1 ( f u z z yl o g i c ， f l ) 、支持向量机【2 7 2 8 】( s u p p o r tv e c t o rm a c h i n e ，s v m ) 、隐式马尔可夫模型1 2 9 j ( h i 9 l d e n m a r k o vm o d e l ，h m m ) 等。 神经网络也，“泛用于电能质鼍扰动分类，它主要用于求解模式识别和分类等问题， 对线性不可分问题具有较好的鲁棒性，虽然学习规则在人们研究神经网络的初期就已提 ， 出，但是其基本思想至今在神经网络的研究中仍发挥着重要作用。但是神经网络的输入 神经元多，一般训练和辨识时间长。 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 就是能像人类专家一样解决困难，复杂的实际问题的 计算机( 软件) 系统。专家系统昆它建立电能质最知识库，并且利用规则推理实现分类的 系统。从处理的问题性质看，专家系统善于解决那些不确定性的、 非结构化的、没有算 法解或虽有算法解但在现有的机器上无法实施的闻难问题。从处理问题的方法看，专家系 统则是靠知识和推理来解决问题( 不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题) ，但 是，专家系统对于电力系统由于实际情况复杂，很难准确定义特定的电能质量扰动的边 界。 模糊逻辑方法通过简单明了的“i f t h e n ”形式的知识规则形成判断，识别效率较高， 在一定程度上克服了专家系统的不足。 _ _ _ _ _ - 。1 。一 e 电能质量检测r e d 中的数据处理 支持向量机是近些年提出来的一种有坚实理论基础的新颖的小样本学习方法，也在 电能质量分类问题中取得了很好的效果。它摹本上不涉及概率测度及大数定律等，因此 不同t - 现有的统计方法。从本质上看，它避开了从归纳剑演绎的传统过程，实现了高效的 从训练样本到预报样本的转导推理，大大简化了通常的分类和回归等问题。 另外。文献1 2 9 j 中提出了一种将第二代小波变换和离散隐马尔可夫模型相结合的电能 质量扰动分类方法，同时较好地保留了电能质量扰动的特征，去除了大量冗余信息。 从上面文献总结中可以看出神经网络、专家系统、模糊逻辑、模糊专家系统、支持 向量机、隐马尔可夫模型在电能质量扰动分类中都有各自的优点。但由于实际的电能质 量扰动的复杂性，使得上述方法在应用到实际的电能质量监测系统中还有很多工作需要 完善。本文在第四章具体采用参数优化的支持向量机进行分类。 1 4 论文的主要工作 本论文主要针对本章图1 1 搭建的电能质量检测系统功能框图子站层和主站层中电 能质量检测进行l e d 的数据建模和电能质量进行分析识别，论文后面各章节的安排如 下g 第2 章对了站层i e c 6 1 8 5 0 的电能质量检测i e d 进行模型研究。这里没有关注具体的通 信映射，而是根据i e c 6 1 8 5 0 协议进行了电能质量检测i e d 的数据建模和节点添加。 第3 章对主站层电能质量l e d 检测的电力信号进行f f t 和小波变换结合检测算法进 行仿真和实际分忻。我们对于低频稳态信号，重点关注谐波的畸变率以及检测用户注入 电网公共连接点的谐波电流足否超过了允许数值；对于暂态信号，重点关注信号突变点 和高频谐振的发生时刻。本章改进的f f t 和小波变换结合检测算法通过各种仿真计算以 达到这个要求。 第4 章对主站层电能质鼍l e d 检测的电能质量扰动信号进行检测与识别分类。本章 对电压骤升、电压骤降、电压中断、暂态振荡和谐波五种信号进行了l 1 b s v m 多类数的 构造和仿真分类验证，并且进行了各种对比分析和参数优化。 第5 章给出了全文总结。分析了本文存在的不足和在未来研究中需解决的问题，并 且提出了展望。 6 西华大学硕士学位论文 2 基于l e c 6 1 8 5 0 的电能质量i 印模型研究 2 1 引言 现代电力系统规模日益庞大，结构也日趋复杂，这使得对变电站自动化系统 ( s u b s t a t i o na t o m a t i o ns y s t e m ，s a s ) 的要求也越来越高。在图1 1 中子站的电能质量检 测设备厂家在实现数据通信的时候，基本上还是按照自定义的通信规约实现数据从变电 站到监测中心的j 二传，大大增加了应用方使用的复杂程度。我们往往使用的是多个厂家 的电能质量监测设备，这些设备互不兼容是常事。这就使得主站监测分析中心需要安装 不同厂家的分析软件，整个系统还是处于分散状态。 为了满足变电站自动化系统，通信标准需要考虑以下冈素： 。二 ( i ) 便于操作和维护。j一- 。4 。，： ( 2 ) 满足互操作性。 ( 3 ) 利于工程实施。 ( 4 ) 具有通信物理介质( 串口，以太网等) 。 ( 5 ) 具有兼容性。 竺6 ：客堡竺：! 一、 o 最 ( 7 ) 是面向未来的( 适应将来扩展) 。 ： 由此，2 0 0 4 年1 e c 6 1 8 5 0 标准正式发布。在2 0 0 5 年，国际电上委员会第5 7 技术委员 会( t c 5 7 ) 第1 0 - _ 作组止式形成了i e c 6 1 8 5 0 电能质量附录的委员会草案版本。i e c 6 1 8 5 0 数字化变电站已经被确认为新一代变电站的标准规范，并且不断的进行试点和改扩霉应 用，其提供的可靠通讯和容最巨大的信息库足将来配备能量管理系统、配电自动化系统 和节能减耗分析的基础。研究基丁：i e c 6 1 8 5 0 的电能质量检测i e d 具有重要的理论意义和 实际意义。 ： 2 2 le 0 6 18 5 0 标准的主要内容和特点 i e c 6 18 5 0 标准共分1 0 个部分，它由1 4 个标准组成，该标准辛要包括设备模犁、系统 配置语言( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nl a n g u a g e ，s c l ) 、抽象通讯接口( a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e ，a s c i ) 、特定通信服务映射( s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o n s e r v i c em a p p i n g ，s c s m ) 、一致性测试与口标要求等内容。i e c 6 1 8 5 0 标准作为变电站自 动化系统的通信协议本身并不参与通信，具体的通信服务由m m s 实施，i e c 6 1 8 5 0 标准 只是定义一个统一对象的信息模犁和抽象的服务。i e c 6 1 8 5 0 的 个组成部分彼此独立且 相互联系，围绕对象建模和网络通信有机地组织在一起。经过仔细解读，i e c 6 1 8 5 0 各个 部分具体关系和内容如图2 1 所示。 7 电能质量检测l e d 中的数据处理 i e c 6 1 8 5 0 - 6 i e c 6 1 8 5 0 1 0 图2 1i e c 6 1 8 5 0 标准各部分关系图 f i g 2 1t h es t r u c t u r ed i a g r a mo fi e c 6 18 5 0s t a n d a r d 本章芒要用到i e c 6 1 8 5 0 6 和i e c 6 1 8 5 0 7 3 1 , 3 2 , 3 3 3 4 】两部分。i e c 6 1 8 5 0 7 部分是 i e c 6 1 8 5 0 标准的核心，它运用面向对象思想定义了整个变电站自动化系统的抽象模氆， 即s a s 的统一的对象模型：i e c 6 1 8 5 0 6 部分主要解决了l e d 设备的自我描述问题，指 出使用一种专门定义的语言( s c l 语言) 来描述我的对象模型的结构，；第八部分规定 了特定通信服务映射。 变电站层 间隔，单元层 远疗保护 过程层 图2 2 变电站自动化系统功能层和逻辑接口 f i g 2 2s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mf u n c t i o n sa n dl o g i c a li n t e r f a c e s i e c6 1 8 5 0 的主要特点是： 8 西华大学硕学何论文 ( 1 ) 建立系统的分布，、分层的自由结构 i e c 6 1 8 5 0 标准把变电站自动化系统分为j 层：过程层、间隔层、变电站层。具体 功能层如图2 2 所示。在图2 2 中变电站设备由带数据库的计算机、远方通信接口等组 成，它接收全站数据，并且对全站的一次设备进行监测和控制。间隔层设备由控制、保 护或监测单元组成。主要使用一个间隔的数据且对这个间隔的一次设备进行操纵。过程 层设备典型的是远方过程接口，如与过程总线连接的i o 、智能传感器和控制器。当然， 功能分层模型是抽象层面上的模型，在物理上并不要求完全严格的一致。目前变电站中 由于技术上的限制并没有出现独立的过程层，过程层的功能由间隔层装黄完成。 分配到智能电子设备i e d 和控制层的变电站自动化功能并不是固定不变，i e c 6 1 8 5 0 标准允许变电站自动化系统的功能在不同的设备问自由分配，这为将来的改扩建提供了 非常大的可用性和方便性，可以用即插即