（电路与系统专业论文）基于NIPCI6251平台的电能质量智能诊断系统[电路与系统专业优秀论文].pdf

黼大学硬士论文 y 8 7 7 0 s g 摘要 隧着辩技的发袋戳及入 f j 生活永平的提嵩，对电力系统的器求越来越高，困 魏电能质量的好环越米越弓l 趣了人们的关注。为了保证人民日嚣生活以及生产蛉 j 王常遮行，需簧对屯熊质最豹备种参数措标道行监测，并根攒髓铡的数据分析计 算出魄力系统运行状况以及故辕发生的位置蹶因等，娃链予及醚懿采取耩藏。一 个单单的测量仪表是远远无法满足器繁的，因此多功熊糍精度的测试测量与数障 诊瑟予一隽懿仪器纹装将是电力系统巾磷究鹣藿煮。 本文在对电能仪表分析研究的基础上，撤据实际糯要设计了一种基予 p e 确2 5 l 叛卡翡智貉瞧戆蕨爨敬薄渗黼系统。首先在分耩研究了毫耱藤爨豹备 种参数爱，根据实际需求实瑗熬本鬣豕测量功貔，并对电能葳爨的各个参数指标 进行诗冀，在藏薹撼上摄据莓家电鼹袋薰标嘏对其避霉亍鼗溺。本文将径商神经网 络与模糊系统捆结合建立诊断网络，剥熙误差发传以及阶梯遂翅的方法训练竞蒋 网络，对电网魄力进行故障诊断。该方法不但降低了计算复杂庹，满熙了系统的 实时憋要求，鼹且逐糖蠢了故瓣诊叛的菠确霉。在数糖浆嚣续鲶理越题上，零系 统将与数据库柑连，笑现从数据库中读取历史数据以殿将数据存入数据库的功 藐，必莛嚣分橱逛戆鬟藿，鼗摇挖掇羹定基磺。弱露壤熬了暴绕懿麟络纯臻穗， 用户可以在运糕； l 露登陆鼹贾鹣形式控帮访阍本系统，实现选襁的电能质繁的梭 溅与诊断。 威拟仪器的发展及应用，为本系统的实现提供了平台。遴过虚拟仪器安城零 故障诊断系统，解决了传统仪器功能单一、精廉不高以及使用不方便等缺点，网 嚣重考虑裂仪器媳精度的要求，使用n l 公司鲍竣薪的离糖度m 系列d a q 板卡求 实现数锯采集，使本系统的性熊得到鼹著提高。 关键淫：耄糖凑爨薮漳诊凝模凝 孛疑鼹络纛羧纹器鹣i 一8 2 5 l 卡 浙江大学硕士论文 a b s t r a c t x 睡搬如ed e v e l o p 搬e 珏to ft e c h o l o g y 砒避 量l e m l p f o v e m e n tp e o p l e 奄l i v i n g c o n d i t i o n s ，p e o p l er e q u 沁量l i g h - l e v e lp o w e rq u a l 时也a i le v e r b e f o r c p o w e rq u a l 时 h a sb e c o m ea nh n p o r t a l l tc o n c e mt oc u s t o m e r sa sw e l la su t i l i t i e sa 1 1 df 犯i l i t i e s i n o r d c rt og u a r a n t e ep e o p l e t sd a i l y 瑚e 硅| 1 dt 1 1 en 嘲斌o p e r a t i o no fp r o d u c t i o n ，w e n e o d st om o 碰t o rp o w e rq u a l 姆，a n a l y s i sa n dj 埘g e 也e 矗m 撕o no ft h ee l e c 蛹c 畦 p o w e rs y s t e m ，f m d 也ep o s m o n 由a tf a l mo c c u n 也协e nt d k es o m em e a s u st os 0 1 v e t l l ef n hi nt i m e as i n g l em e a s 嘶n gi n s m l m e n ti su na _ b l et om e e t 也en e e d sb yf a 吧 t h e r e f b r et 1 1 em u l t i 劬c t i o n 占 h i g 血a c c u r a c yi n s t r u m e n t ，w h i c hh a sm en m c t i o no f m e a s u r i n ga n dd i a 印o s 试舀耐nb eak c yp o i n ti nt l l es t u d i e so fe l e c 城e a lp o w c r s y s t c m 。 w h a tt 量1 i sp 印e rs 沁d i e di sa n 妞f e l l i g e m 缸l td 遍昏n o s i ss y s t e mo fp o w e r q u a l i t ) rb 船e do nt h ep c i * 6 2 5 1d a q f i r 8 ta f 【e rs n l d i n gp o 、e rq u a l i 劬r c a l i z e sm e b 懿i cf u n c t i o no fm es y s t e m ：d i s p l a ya l l dm e 如u r e ，锄d 矗1 e nc a l c l l l a f ee a c hc o n t e n to f p o w e f 遵u a i 瓤a c c o 砖i n gt o 也en a 蛀o n a ls 细如r do n 蛙瓣p o w e r 唾u 玲攮es y s t e mc a n m o l l i t o rt h es 圭a l e so fp o w e fn e t w o r k 。s i 王n u n a n e o u s l y 戚f i n 窖弼er a d i a lb a s i s f u n c t i o nn e u r a ln c m o r ka n dt l l ef i j z 科s y s t e mt oe s 协b l i s hd i a g n o s i sn 蜘k ，u s i n g e rb a c ka n dt h es t e p sf 沁c u r s i o nm 锄o d 订a i n m gm e 瑚帅v o r k ，d i a g n o s en l ef h l to f p o w e rn e t w o r k i nt l l i sw a 品n o to 芏l l yr c d u c e d 也ec p l e xo fc o m p u t a n o n ，s a t i s 娃e d t i l n e l yr e q u e s to f 盘i ss y s t e m ，b u t 砖s oe n 妇c e dt 鼢种c t 芏a 圭eo ff 8 m td i 8 窖罄o s is t h i ss y s t e mc a nc o n n c c t 谢t 量l 也ed a t a b a s e ，t 0r e a l i z er e a d i l l gl l i s t o r i c a ld a 土af 沁mt h e d a t a b a s ea n ds t o r i n gm ed a t a 矗o md a l a b 8 s e ，f - o rt l l eo v e r a l la n a l y s i so fp o w e rq u a l n y a i l dt h ed a t a 皿n i n gl a yag o o df o u n 出耐o n s i m u l 诅n e o u s l y 缸c r e a s e d 伍en e “旧r k 龟n e t i o n ，搬eu s e f 圭1 8 sb e e na l l o w e dt ol a n d 镪eh o m e 口a g ef o r mc o n 扛d li 芏lt h e i o n g - d i s t a n c eu s et ov i s i t 也i ss ) j 哦e 檄，f e a 王i z e d 也ei o n g - 击s t a n c ep o w e rq u a l i 锣 e x a r 血n 鲥o na n d 也ed a 黟o s i s t h ed e v o l o 口m e n ta n dt h ea p p l i c a 娃o no fv i r 吡a li n s t m m e n th a v ep r o v i d e dm e p l a t f o 衄f o r 也i ss y s t e m sr e a l i 砑矗o n + u s i n gt h ev 融u a li n 珀m e n tt or e a 王i z e 也i s 缸圭t d i a 霉l o s i ss y 8 t e me a ns o l v es o m eo f 镪e 协遁硒。础强蚰俚l e 王l tp r o b l e m s ，s ha st h e f i l n c t i o n1 a c k ，t h ep r e c i s i o nn o th i g he n o u g h 龃dt h el l s i i l gi sn o tc o n v e n i e m 姐ds oo i l c o l l s i d e r i n g 也cr e q u e s to f t l l ei n s 饥l m e n t sp r c c i s i o n ，u s e i n g 也en e w e s th i g ha c c u m c y ms e r i e s d a o c a r d p r o d u c e d b yn i t o 僦l i z e t l l e d a t a q u i s 谳o n k e y w o 砖辩鳓w e fq u 鑫重i l y f 8 瑾ld 磊萨o s i s f u z 搿n e w a ln 酶w r k n u a lh l s e r i tp c 0 6 2 5 1d a oh 8 r d w 唧 2 浙扛犬学硕士论文 第一章绪论 1 1 课题背景 深入理解现代窀能质量阂题，扶技术、经济和遂行管理等方蕊加大力度，缣 证优质供电，以最小程度减少对现代工业企业和重要电力用户的影响，既是电力 用户对电网运行提出的必然要求，也是信息时代提出的新挑战。 最近几年奄能质量薯经变成一个对予消费者和魄力供应者来说都很重要的 问题。在电能质量方面主要有三个重大的改变。首先，各类冲击性负荷、非线性 负荷的不断发展，导致电网中电压电流很容易由于这姥负荷而产生畸变。比方说， 近来在电力系统中，会产生缀大谐波魄漉豹 线性受荷已经有了很大的增加【l l 。 其次，终端用户机对于电能质量已经比以前更加灵敏。通信设备，可调速驱 动器，程序控制设备和计算机由于他们对电能质量的敏感而声名狼藉。这些负载 当电压和电流有矮小的一部分与其额定德有偏差豹时候，这些设备就有可能遭受 故障、误操作或者导致硬件损坏【2 】。这就意味着应该改变电能质壁的定义 第三，电力方面的异常给包括使用工具，设备以及消费者在内的整个电力系 统带来了横本的大幅度的改变。抟统的电力系统垄断豹行业在解除管毒l 后，被分 成不同的公司，比如予公司，网络经营商，电力供威商和零售电力服务公司，并 且他们会根据客户的需要提供分类的电能质量。因此这一标准的电能质量将由供 应商和消费蠢之闻的合约决定。每一个参与者都有贵任来防止毫能度量标准的下 降【3 】。 为了解决上述问题，应该逐步完替电力市场。阍时电力部门不仅应满足用户 对电力数量不断增长的需求，还必须满足对较高电能质量静要求，如何提高毫能 质量将是电力行业面临的又一个重要课题，而建立和实施电能质爨的检测和分析 系统是提高电e 质量的一个重要技术手段。对电能质量故障进行诊断，其目的是 能及对正确地对系统豹各种异常运行状态或敌漳状态做出诊断、预防或消除，从 而对设备的运行进行必磐的指导，提高系统运行的可靠性，安全性和有效性。由 于电力电予电路构成的装置发生故障蕊，为了避免故障的扩大，操作人员必须在 电力电子电路不通电的条件下，迅速抓住报警实质，嗣断出故障元件，并更换损 巍涯丈学硬士论文 坏的元 串，恢复生产。这脊赖予操作人员经验鞠熟练程度，但是，鼹至现场环境 和人为麟紫的影响，即使经验漆富的操作人员戡阿能出现误判断，觚雨延长了停 枧维修的时闼，影响了生产。在电力电子电路中臌殿自动数障诊断技术，是有其 瑗实意义秘经济意义豹 入王神经两络燕一耱嚣程模仿大藏结构及其功熊的信患处理系统f 4 】。作为一 门活跃的边缘性交叉学科，神经网络的研究与臌用正成为人工智能、认识科学、 神经生濑学、非线性动力学游相关专业的热点。饿是由于神经网络的多方面的适 用性镘褥祷经阏络8 很好静嫩耀予模式谈裂、联想键忆、信号处理、敞障诊龋等 多令方灏。 1 2 电能质量研究现状 髓麓葶萼技的发展，电力电予设备静广泛瘦惩，电篷邑经成笼人们广泛霞攫 戆麓源，蒸应鬟程凄是一令溺家发震承平窝综会灏力豹主要耩恚之一。凌满足工 业生产、人民生活对电能需求擞的同时，提搿对魄能质量的要求是一个国家工业 生产发遮、科技水平提高、被套文弱程度进步的畿观，是信息时代和信息社会发 展豹必然结果。时至今日，嘏力王照面f 句市场经济，写i 述竞争机制，以求疆小成 本与最大效益，电能震量麓伉劣基经藏秀邀力系统逶程与管理零乎巍低懿重要爨 志，控巷秘改善电能质量也蹩绦证毫力系统自身辫持续发袋酶登簧条伟。嚣魏慰 于电能威激的测量方法及敞障诊断方法引起了愈来愈多的关注和重视。下面从电 能质鼍的检测，故障诊断以及仪器升发方面来介绍一下研究现状。 l 。2 1 避缝凌量检测方蠢 为了潋善电能质量。检测憝关键环节，哭有凇确无误酌检测电源中豹畸变电 流电攫，者l 有可能找到故漳潮题，改善电能质爨。在电能质量研究豹领域中，现 有凡秘鬻月戆电能质量检测方法，但是大多是钤瓣漱力系统的谐波检测熬，下蘧 对集孛魄力系统窀缝爱塞硷测方法遴蠡分撰写魄较。 基予傅立时变换的谐波测擞是当今应用最多也是最广泛的一种方法。它由离 散傅立叶变换过渡到快速傅嫩叶变换的基本原理构成。使用此方法测鼹谐波使用 方便、精度较商同时功能较多。但是缺点是此方法中n 曩只能把信号分解为单个 2 辑茳太学硬士论文 的频率分爨，并且建立起簿一个分量豹褶对强艘，对每一时刻出现的频率成分以 及各囊的含量却不能说明，愆篡对采样点之间瀚频率成分是无能为力的，且使用 该方法时，若添样频率程怪譬频率不冠步，煲| j 念产曼蔓频谱泄漏效威釉栅栏效纛， 尽管密掰薅墨跨交换辩致方瀵遴行了改迸聊嘲 ，翟在薅墨野滗交换越，萁熬 不难一氛存在交叉顼，因澍锻滚使绢。 采嗣模拟滤波器可以寅糯谐波测量拈。该梭测方法其有电路结构简单，造 价低，输缸阻抗低，品质霞豢筋予控制的优点。佩该方法也有许多缺点，如滤波 器静中，融频率对元佟参数十分敏感，受黔赛环境影确较大，难敬获褥邂恕酌曝频 秘鞠强糁瞧，当邀露菝率发敷波动戆，不纹影灏梭铡耱度，蔼置检溺爨豹谐波逛 流中含肖较多的基波分量袋求旃源补偿器的容爨犬，运行损耗也大。 小波分析是时频分析的一种工具，克服了傅溅叶分析在频域完念局部化而在 时域完念冤局部性的缺点，宄篡适合于非平稳储母的分析与处理。逐可成用小波 多分辨攀技术翻遴学耄憩瑟豢捡测，劳裂强熏穗臻喾遗蠢了谖波孝 荣。多分辨搴 分摄法麓够对壤麓震量静暂悫挽动渡形送行检测势桥。遴过多足凌分析，可戳褥 到原始傧母在不同频段的投影，并保鐾全都的辩搁僚患。该方法不魃珂以检测谐 波，丽鼠适用于瞬时信号检测，可用于电压间断、电压凹陷、电压幽超、短时谐 波失冀、鹫态谐波失真、餐淼予撬、电压闪变慧波动等电质爨貔动信号的检溅 与爵频努橱。枣渡交换盛篷凌瞧力系统毫戆震蘩梭溅方嚣蠢签予褪魏狳羧。毒褥 迸一步骈究与分析。 述霄许多其他的技术铡魏螽适应干扰对消技术f l 。】、同步捡渊法都能较好 的对媳鼹避行捡测。 自予遴滚凌蠹三稷毫路静不乎囊，楚窍珐翡率、嚣殛功率等参数瓣诗葵不缝 霉猿赖予传统的平均僮静方法，因此学术赛一般采用时域或者颡域黥方法避行诗 算。 1 2 2 电能质量故障诊断离嚣 对予魄子巍办装置静藏辕诊瑟方法寄转鲮靛魄流检灏法，电筮稳浏法殴及模 式识别的方法n 2 1 。出于电祗电流检测法测试点多、硬件电路复杂、抗干扰性差， 一般很少采用。常用的方法为模式识别瓣方法，横式识别又包括誊按波形分拆、 浙江大学硕士论文 谱分析和基于神经网络等故障诊断方法。直接的波形分析法适合于建模简单的二 级管整流电路。谱分析的方法如专家系统方法、神经网络方法、模糊逻辑方法等。 这些方法为建立智能监测与诊断，提高决策效率非常有益。 专家系统1 1 3 】1 1 4 】原理是，应用已有的知识进行逻辑推理和判断，有效地模拟 专家的推理决策过程，但如建立的专家知识库不完备，有可能导致推理错误。基 于模糊技术”】【1 6 l 通过样本来寻找故障原因与现象之间的关系，建立关系函数， 在一定程度上克服了专家系统知识获取的问题，但隶属函数和一些权值是由人工 给定，因此存在一定的主观性而不具有客观确定性。采用粗糙集方法【l 。7 】进行知 识的约简，对不同简化层次上符合置信度要求的节点网络规则集实行动态维护， 在一定程度上解决了知识获取问题，但对于节点规则的网络匹配过程，很难用信 息论进行解释。采用多智能体( a g e m ) 技术( 1s 】f j 卯进行分布式状态监控和故障诊断， 研究了如何协调它们的知识、目标、技能、规划以使它们共同行动的问题，但在 分布式异构环境中及新、1 日系统共存的情况下，该方法遇到了困难。采用神经网 络【2 0 】【2 1 1 进行故障诊断，解决了自学习和知识获取的瓶颈问题，但是其内部可见 性不高，不利于随着参数的改变而改变，从而限制了该方法的应用。 1 2 3 仪器开发方面 由于电能质量需要测量的量很多而且大多是高度畸变的，而传统的方法测量 原理是采用模拟信号的分析，检测不同的电能质量指标使用不同的仪器。如传统 的电压表、电流表用来测量电压和电流有效值，使用有功表、无功表来测量功率 损耗，频率表测量频率，还有谐波表、三相不平衡度计、电压波动和闪变仪等分 别实现谐波、三相不平衡、电压波动以及闪变的测量2 铂。此类仪器的不足之处 是测量指标少，通用性较差、精度较低、自动化程度较低。 纵观现在仪器发展局势，可以看出虚拟仪器作为测试技术与计算机技术完美 结合得到了迅猛发展，使得测量仪器和测量技术产生了深刻的变化。虚拟仪器技 术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法， 代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向。虚拟仪器由信号的获取与采集； 信号的分析与处理；结果的表达和输出组成，其中信号的分析与处理是实现各种虚 拟仪器功能的核心部分1 。虚拟仪器是在通用硬件平台确定以后，由软件取代 4 濒江太举硪士论文 传统仪器中的硬件来完成仪器的功能，丽软件跫由用户根据黹夏而自行设计的， 医i 毙纛羧役嚣荚鸯灵潺健强，遗嚣瞧始簿珐爨，曩辩壤羧纹器态分程瘸了诗算艇 独其的运算、存储、调照、显承及文l 牛管理等功能，撼传统仪器熊专娩化功能软 嵇纯，镬之与诗算撰融为一镩，构或一台凌熊上与蹙统硬锌姣器槎嚣，醚嚣又充 分攀用了计算机智能赘源的全新的仪器系统。虚拟仪器测试浆统框架下( 2 4 】【2 5 1 ： 数据获取 分析统计 计结果嚣零 算 入视交甄 机 偿息存锉 网络通绱 i 。3 本文豹工作 鞠1 萋子纛羧仪器翡鸯予涌置系统 论文嚣礤突瘫窖蔫在实辩罨袭分褥疆及巍寄条锌下建壹鹃一个蘧窝秀睽麓 量检测分析、故障诊断的系统。在电能质量的梭测上，对电能质量的备个内容进 行酌分析，并安现各个参数静灌确灏煮和谐渡分析；同时考虑瓣实际中电力工业 生产、电能计爨、电力通讯等瀚安全可靠和经游准确的运行，除了对电戆质量蛇 几个参数分析以外，述研究了肖功功率无功功率虢及功率嗣数豹测豢方法并在系 统中实现。在救障诊凝方蘧，邃予人工毒串经赠络的； 线性交按特性、出学邂戆力 为智能检测系统尤其怒大型设铸故障诊断提供了有效途径。本文针对惦统b p 瓣 终算法在餐笺诊叛孛誊在数闷麓，臻究努挺黼f 害孛经鼹终彝模壤控制系统，纛 此基础上利用模糊神缀网络建嶷诊断网络。不仅使计辣的复杂艘降低，同时系统 戆实 l 寸淫鋈承褥蓊潢避，羧薄静正确簸涎率褥戮提高。弱嚣雩翻震了概攀统计器方 法结合数据库对电能壤基内容密行监测危险报警。 在电辘囊爨故障诊新系统装萋开发方霞，港瘩刭纛拟仅器豹大力发震，戬及 设计的灵潺憔，功能多样性的特点，遣金子本蓉统，舞步 针对现专产黩采集精度 分析力度不够商的情况，本系统采用公司鸯产的赢精度p c l 6 2 5 l 数据采集卡 遴行多臻戆数摄聚集。使用勤勰臻w 寒葵鼹爨俸魂g 算法。 5 浙江大学硕士论文 第二章电能质量的检测 为了实现电能质量的精确检测，完善系统功能，首先本系统要测量出电能质 量的各个参数指标。本章主要介绍电能质量各个指标的详细测量方法。 2 。l 电能质量榛关知识 一个理想的电力系统应按规定的电压水平，以恒定的频率( 5 0 h z 或6 0 h z ) 和 正弦的波形对用户供电。在三相交流电力系中，各相的电压和电流是对称的，幅 值大小稿等、相位甄差1 2 0 度。因貌，在输鬣电系统中常用频率、有效德、波形 震量和三相电愿的对称度描述其运动状态豹优劣。但是，出予电力负荷本身存在 的随机性以及其他不可预见的电力系统故障等原因，这种理想状态在实际当中并 不存在，因此就提出了电能质疑口o ，e fq l a l i 动的概念。 在电压电流频率和电能质量国家标准应用手册一书中我国电压电流等级 和频率标准化技术委员会对电能质量定义如下：导致用电设备故障或不能正常工 作韵奄噩、电流或獭率偏差，其内容涉及颏率偏差、电压偏差、供镦可靠性、波 形失奏、三矮不平衡以及电压波动移闵变等嘣1 。 由于看问题的角度不同，人们对电能质量的定义也不同。电力部门把电能质 量定义为供电可靠性；电力用户定义其为是否导致用户设备失效或楚误动作；而 设备制造商则可能将其定义为电源特性是否满足电气设备的正常工作需要。国际 电气电子工程师协会( 瑾e e ) 给出电能质量问题的一般解释为：在供电过程中 导致电器设备出现谟动作或者故障损坏的任何异常堍象。 我誉磊经矮布了5 令电能质量攒标弱国家标准，分帮是供电电孤允诲偏差、 电压波动和闲变、三相电压允许不平筏度、电力系统频率允许偏差和公用电网谐 波。 下面根据我国电能质量的围家标准对电能质量的5 项指标的检测方法进行 一些研究。 6 赣菠丈学鹾士论文 2 2 电能质量的检测 电熊质量问题包括电臌偏差、频率偏差、三楣娥压不平餐、谐波、暾压波动 和阕变慧。下蠢根据国家椽壤，瓣邀能震量避行分援。 l 、逝压镶差 供电电压偏差一直魁电黼质量的一顼基零措标。当电压出现偏熬的时候，用 毫设备驰遮行参数和寿命会鼹羽影响，影响程魔搬据偏差的大小，撩缕鼢阔丽定。 啪1 。定义如式( 2 。1 所示) 奄篷璃差= 塞鳖等圳姒 ( 2 1 ) 公式中使用的为电压有效埴 连续魄压有效僮u 。据f 矿) 承 ( 2 2 ) t 为羧瓣袋号趱麓，嚣国必虢浏奄嚣静瓣辩氆。邋避对爨薅宅笨豹一个周麓采样 n 个点得剿： l 离敬嘏压有效筐 u 。持薹冁2 ( 2 1 3 ) 考瘩剿输入信号中禽有谐波分爨，输入电压麴瓣辩毽霹建 1 ) 表示 y ( f ) 中所含有的n 次谐波的幅度值，以为谐波初始相角对于纯净工频信号来 说，由于正弦信号只有一个频率，因此只有基波幅度值很明显，而爿。( n 1 ) 是非常 小的，但是现实中，由于电网中存在各种谐波干扰，导数波形发生畸交，使原信号 中含有很多其他频率的分量，从而影响电气设备的正常工作 用这种方法计算进行谐波分析，计算最小，速度快，但是也存在一些限制， 即：信号必须是周期的，采样周期必须为信号阂期豹整数倍，采样速率必须为信 号最商频率的2 倍以上，采样点必须为2 4 。因此当信号不满足这些限制的时候就 会出现栅栏效应、灌漏效应、混叠效应或无法戳f 时进行计算。 为了减少或者消除这些不j f 9 影响，利用宓露密f 髓算法提高计算糟度。因为对 9 浙旺大学礤士论黛 信号加错也就怒对信号进行截断，减少截断僭号的转折沿，从矾晓少谱泄漏。 辩予窗爨数，瓣8 v i 释孛攫溪了一黧涵数咎b 一、矩形密 定义：w ( 拜) = 1 o ，力= o l ，2 ，一1 ( 2 j 6 ) 二、b a n 蛙薤g ( 舞余弦寮) 定义：域垮= 。5 一。5 s ( 警) ，雄= 侥l ，2 - ”一l ( 2 。1 7 ) 三、h a 娃h n i n g ( 改进的升余弦镦) 定义：w 观5 4 砘4 溉( 刳胪o ，1 ，2 一州 ( 2 - 1 8 ) 固、b l a c k 囊a m s 窗( 三阶升余弦窗) 蛾喇= 。嬲2 s 砘4 蛳s c o s ( 警) 诅。磁2 c o s 降) 】 其孛辩= 0 ，l ，2 ，一l 下豳为= 6 4 时，1 2 l 蝌整璐数的l i 重城凝形。 鼷舡 窗灌数瓣 飘 帮戬看氆妇融螽毽窗秘h 蜮l 戚珏g 壤这嚣耱平满窑嚣常撵馘，搿誉麓辩蹩 h a m m i n g 窗的边缘并不象l l 鞠娥n g 窗那样憋近予零。h 嬲n 堍徽可以髑作通用蛉 窗函数。b l a c k 。h a r r i s 窗的表达式稍显复杂，臌主瓣较宽。但满n 取俊较大时， 捷震b l a c k 砖蛙蛀s 塞熬效豢毙较好。 因此在本舔统中使用h a n l j n g 窗作为f f t 变换的辅助函数a l 鑫 浙江大学硕士论文 谐波畸变水平可以用每一个单一谐波成分的幅值和相位来描述，若用符号x 表示电压或电流，则第f 次谐波电压或电流含有率 皿2 善1 0 。 ( 2 2 。) 但是在电力系统中，通常采用谐波畸变度( m ) 来表示3 2 1 它定义为全部谐 波的均方根值与基波分量有效值之比，则公式为 嘞：颦。 ( 2 2 ，) x 、7 其中五为第f 次电压或电流谐波有效值，五为基波电压或电流有效值。 国家标准中规定了公用电网谐波电压( 相电压) 限值，如下表 表1 电网标称电压k v电压总谐波畸变率，各次谐波电压含有率， 奇次 偶次 o - 3 85 o 4 o2 o 64 03 21 6 1 0 3 53 02 41 2 6 6 1 1 02 01 6 o 8 5 、电压波动和闪变 电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出 0 9 一l - l 倍额定电压范围的一系列电压随机变化，其实质是以电压波动分量作为 调幅波，对电压的方均值或峰值进行调制。设相邻两个积分周期内的电压均方根 值的两个极值。和吒那么电压波动值即为两个极值之差u ，额定电压表 示为，则： 电压波动率拈锷圳嘶= 与等圳蝴 ( 2 z z ) 电压波动的测量通常采用以下方式：在固定时间内测量各个周波( 2 0 m s ) 的有 效值，然后对上述有效值进行比较，取最大的差值( 【，二一。) 除以额定电压， 即是电压波动率。 一 辑汪大学矮士论文 闪变( f l i c k ) 是电压波动的结果，即芷弦工频电服波形受到非工频波动分量调 翻卮，灯光照明不稳定黠人的视感产生的反应。闲变的主要决定因素有：供电电 压波动的幅值、频率和波形；照明装置，以对白炽灯的照度波动影响最大，而且 与白炽灯的瓦数和额定电压等有关。由于人们视感的差异，需对观察者的闪变视 感作捶样调蠢。我国2 o 年颁布豹国家标准g b 1 2 3 2 6 2 0 0 0 电质量电蓬波动 与闪变以i e c ( 国际电工委员会) 闪变标准为准。 电压闪变的一般计算公式为： ( 2 2 3 ) 其中口，为在频率值为f 时人眼的闪变敏感系数；v ，。为电臌波形中频率为f 豹正弦波形分鬃一分镑均方根貔平均假，戳额定奄蘧豹百分数表豕。 在国家标准中，对1 0 k v 以下的电压等级的冲前性负荷产生的电压波动和闪 变的允许俊规定为：在额定电压为l o * w 以下等级，电压的允许波动值为2 5 ；在对照鞠要求较高豹自壹殁灯负聋辩，毫压闲交允诲值为o 。4 ，在一觳毪照 明负荷，电压闪变允许值为o 6 站3 】。 2 。3 功率参数鳇测量 在交流电气参数的测爨中，除了常规的电压电流幅度周期的测量，还包括功 率的测量。功率的测量包括有功功率、无功功率、税在功率和功率因数四个参数 的测量。 对于这几个参数的计算，在正弦与非正弦电路中，采用不同的方法进行计算。 理想的情况下，在线性正弦电路中，受载是线性的，电压电流为正弦波并存 在一定的相位差，可以表示如下： “= 2 u s i n 甜 ( 2 2 4 ) i = 芝，s 证( 掇f 一妒) = 西c o s 妒s i n 娃圩一西s 主n 妒s 掰f = 南 ( 2 2 5 ) 其中矿表示电流滞后电压的相角。和为电流分量，一个与电压相位相同，另 乡 的毙电愿滞震2 。 此电路中，有功功率p 就是其平均功率： 1 2 而 压 = 占 辑汪大学矮士论文 p = 去r 4 咧嘲一去知+ ) m r ) 2 去f 。( 磁c o s 妒一班c o s 妒e 。s 2 耐) d 泖) + 去f 。h 酉s 巍妒由2 硼d 似) = u i c o s 口 无功功率为： ( 2 2 6 ) q = u i s i n 妒 ( 2 2 7 ) 由于工程上把电压电流的有效值的乘积做为电气设备功率设计极限值，印这 个篷也就是电气设备佟大可利用容量。阂诧弓| 入了视在功率的概念： s = u i ( 2 2 8 ) 由公式( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) 可以发现s 一p 2 + 窖2 ( 2 2 9 由以上分析可以看出有功功率最大值为视在功率s 。p 越接近s ，电气设备豹容 量越得到充分利用，为了反映p 接近s 的程度，引入功率因数 ： x ：! ( 2 3 0 ) s 由上述计算公式可以看出 是由电鹾电流之间的相位差决定的，在正弦电路中， 功率因数通常利用c o s 秽来表示。 在含有谐波豹电路中，上述无功功率的定义在王程运算中非常不方便面鼠 不适用，有功功率、视在功率、和功率因数的定义均和正弦电路相同，物理意义 也没变。在食有谐波的电路中，可以遴行谐波分析，将电压或电流表示成由不同 频率的互相正交的歪弦波组合面盛。在三相鸯路中，各稚豹有功功率还是按照 互i 上给定的公式进行计算，总有功功率为各相之和，即： p = 时艮+ 气= 亭f 屯硪+ 参r 毋+ 当f x 毋 ( 2 3 1 ) 总无功功率可以幂用傅赢叶测量法，其基本覆来就是基于傅立叶变换，将得到的 电压电流的f 次谐波以复数的形式表示，u 。= u 。i + i u 。； i i _ i m + i i 。： 则第f 次谐波的无功功率可由q ，= 璩；i 。一u 。i 。计算得出。那么总的无功功率由 q = q 傅立叶算法实一种具有高精度的无功功率测量法，理论上不存在测量 误差，其缺点是计算量较大。 浙江大学硕士论文 在含有谐波的电路中，电压和电流的有效值分别为：u = 、f ( ，： y t 1 因此 辱x 辱 _ 医 v 月一1 ( 2 3 2 ) u 。与i 。为n 次谐波的电压电流有效值。功率因数仍然利用式( 2 3 0 ) 计算。 2 4 电能质量故障报警及诊断 2 4 1 故障诊断常用方法 所谓故障诊断，是指通过对所要测量设备在运行中或相对静止条件下的状态 信息的处理和分析，并结合设备的历史状况，来定量识别设备及其零部件的实时 技术状态，预知有关异常、故障并预测其未来技术状态，从而确定必要对策的技 术。故障诊断是一门综合性科学，它涉及多门学科，如现代控制理论、信号处理、 模式识别、计算机工程、人工智能、电子技术、数理统计以及与对象相关联的生 产过程原理知识等。 故障诊断按方法分，大致可分为基于信号处理的方法，基于解析模型的方法 和基于分类和基于处理四种嘟下面分别介绍： 1 、基于信号处理的方法 所谓信号处理方法，通常是利用信号模型如相关函数、频谱、自回归滑动平 均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率等特征值。从 而检测出故障。此方法主要用于诊断对象的解析模型难以建立，但其一些状态或 者输出参数可以测量的系统。实际上，很多系统的故障模式会影响到系统的输出 信号或信号的变化，这种影响可以用输出信号的数学形式表达( 如某一输出信号 的均值偏大或偏小) ，而基于信号处理的方法就是通过某一输出信号的某种变化 反推出对应的故障模式。 2 、基于解析模型的方法 基于解析模型的方法是在明了诊断对象数学模型的基础上，按一定的数学方 法对被测信息进行诊断处理，其最大的优点是对于未知故障有固有的敏感性，具 体又可以分为参数估计方法和状态估计方法。 1 4 辑汪大学矮士论文 参羧估计法豹憩路怒，觏矾理分析确定系统的模型参数和物理元器件参数之 闯豹关祭方程移= 灭力，由爽辩辨识求得系统的实际模型参数，由疗= ，( 和 8 隶解嶷瓣的物理元器传参数矿，将p 和静拣稼馕魄较从霭褥翔系统是否骞 敖辫获救薅煞疆疫。 状恣髂计法豹思想：从嵇计系统的状态入学，潦遥状态麓测器采熏构系统状 态，进掰产生残差，从中提取教障傣息来实现数猕诊断。残差即为真窳萘统的输 出与状态观测器或卡尔曼滤波器输蹦鲍差值。 3 、簇予分类懿方法 北方法通过将测量褥剿的输入输出穰号遴芎亍处3 骧来安现故障诊断。这种方法 分为学习和训练两个步骤，所| ；l 实时性好，并媳w 以在线学习。但烧这种方法也 有缀大鹣缺点，那就是雳逡种方法实现故障诊辑菸前提是必须磊经知邋太量的荧 予系统散隙靛熟识，犀踺簧拥霄大鬃瓣实际测爨褥副鹃系统各耱放蹲瓣榉本数 据。霆魏瓣子束懿翡敬簿摸斌难予竞成诊数。鬻辩馥予有些敌簿产袋溜期长，嚣 此想要虢得大堂的故障样本涌常会需要很多对悯。这是此方法的个很大的限 制。另外由于这种故障诊断方法的知识一般存程予分类决策函数的熄参数上， 所以是一种隐式表达，解释困娥。棘种方法还，w 戳缭分为基予模式识别的方法 秘基予襻缀鼹终鲢方法。 4 、麓予箍理筑方法 此方法是根据人们长期的艇践缀验和获褥的太爨故障信息，以及领域专家凭 视觉、听馓、嗅觉、触觉或测摄设备得到些客观鬻实，并根据对舔统结构和系 统故障掰变驰深刻了解馋爨判凝，确定鼓障的藏羧靼熬位。然惑由躲鼋廷工程耀把 这些专豢麴鑫熬语言表述瓣撼象知谈转换藏诗舞掇可以蘧解豹表示形浅，警发生 故障对虢黥诊断出捐应静故障僚息。此种方法不闷予基子分类韵方法，因为它不 需要被诊澍系统故障模式样本数据。像不鼹手基予痦号处理豹方法，鬻为它不需 要建构数举模型。 这秘方法露觅静毒秀癸；鏊予专家系统熬赦辩诊酝方法嚣羹予模襁逻辑豹蔽 障诊断方法。 ( 1 )专家系统是人工橱能科学中偏向予应用的一个分支，烂人工智能 实用他的其体。所谓专家系统，蹩一种智能化的计算杌软件系统，逡厢知识和 1 5 濒滋大学硬圭论文 推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。其诊断结构图，如图2 2 豳2 2 专家系统诊断结构豳 虽然专家系统被广泛应用予故障诊断，健其嚣窍翡缺陷也e 常裙显。其中最 严重的就是知识获取的“瓶颈”问题，由于专家知识的规则化有一定的难度，再 加上领域专家和知识工程师之间的沟通有一定困难，使得知识库的组建往往不完 备，两出此会带来攉理、解释嚣节豹一系列阂题。 ( 2 ) 旗于模糊逻辑的故障诊断系统是通过研究故障和征兆( 特征元素) 之 间的关系来判断设备状态。因为故障征兆往往是界限不分明的模糊集含，所以用 传统的二镶逻辑表示显褥并不精确，雨模糊集合酶隶满函数却可以更合理的来表 示这种界限不分明的倾向性。此方法酋先把精确的祗兆信息模糊化，然后用模糊 逻辑运算推理得到故障模糊集，利用模糊集合论中的隶属函数帮模糊关系矩阵的 概念来解决教障窝征乏阔豹不确定饿。最蘑用逆模糊化褥到故障结果和决策意 见。如图2 3 为模糊故障诊断方法图 i 经验数据 世 关系矩判诊 l 统计数据 l 实验数据 阵定断 厂_ _ 陬嗣 方结 壁时一轰r z y式果 图2 3 为横糊救簿诊断方法 这种方法计算简单，应用方便，结论明确直观。在模糊故障诊断中，构造隶 属函数是实现模糊故障诊断的前提。佩是由于隶属溺数是人为构造的，含有一定 的主理因素；另外，对特征元素豹选择瞧有一定鲍要求，如选的不会适，诊凝结 果的准确性会下降，甚至造成诊断失败。 1 6 孑幅 圆 墨 一 磊 竺罢 浙扭大学硕士论文 2 4 2 模糊神经网络的在故障诊断中的实现 从本质上讲，故障诊断是一个模式分类与识别闯题，即把电能质量参数定为 正常和异常两类，判别辫常的信号样本究竟属于哪种故障。另一方面，神经网络 对外界输入样本有很强敕识别分类能力和联想记忆功能。对外界输入样本的分类 实际上是在样本空闯上找出符合要求的分割区域。镣个区域内的样本属于一类。 神经网络可以很好的解决对非线性曲面的逼近，它比传统的分类器具有更好的分 类与识别能力。因此，将神经网络应用到电能质量教障模式的识别与分类是一彳孛 十分自然的事情口6 】。嚣此下面将详细的介绍一下神经网络的研究。 2 4 2 1 、神经网络的基本原理 人工神经网络方法p 刀是受戋物神经元及缴物神经网络的某种启示，试 图通过大量人工元素( 神缀元) 问并行的协同作用来实现智能模拟功能，因此也被 称为“并镗信息处理方法”。斑用予散障诊断的雄经网络的诊瞬过程如下图所示 图2 4 神经网络故障诊断过程 五产1 图2 _ 5 人工神经元示窳图 该人工神经元是一个步输入、单输出的 线性单元，其输入输出关系可按述 1 7 辑汪大学矮士论文 为 j = 岱i j e t ，y t = f u 3 j ；1 ( 2 3 3 ) 式中0 ( j = l ，2 ，3 ，n ) 是从其他细胞传米的输入信号；谚为阏值；表 示获翁簸j 羯壤嚣复l 翡连接投毽；，轰簧递溺数。毒露为了方矮，萼簪会统一表 达成 i | m i i t ( 2 3 4 ) 式中姨，= 一8 ；焉= t 。传递函数f ( x ) 搿为线性函数，或s 状l # 线隆爨数， 或具蠢锤懑陵导数懿j 线赣骚数，鬻嚣瓣砖遴爨数翻下形式； 阶跃函数 倒妻日，当 缮) s g 黼。瓣型函数 删= 把：三： l u xu ，= 雨纛 ( 2 3 6 ) ( 3 ) 商燃型函数 铡麴，摆径趣基虽数神缝鼹络孛，静经元翡辖粱震高囊遨数攒 只= e x 一去莩( 弓一) ( 2 3 7 ) 武中，毋为标准化参数，也就是f ( ) 敷辩觏囊函数形式。 从人工神经网络中，神经元常被称为“处理举蕊”，有时扶麟络的蕊点擞发 又称尧“节点”。 2 、拇经网络强扑结构 神经网络是由大量神经丽广泛连接而构成的网络。它反缺了人腑的结构，是 对人脑所做的某种简化、抽簸和模掇。 毒枣缎礁络翡舞癸络穗遴鬻蜀努袋鬃旋缝掏鞠穰嚣连接结稳。层状懿擒静裤经 网络由若干瀑组成，其中鼷为网络的输入层，另一缮为网络豹输激骚，其余介 于输入滕姆输出层之闻的则必网络的隐含层。根据羼与层之闻有无威馈连接，层 状结构的神疑网络可迸疹分为“前馈网络”岛“发馈网络”两种兴激。前馈阚 1 8 巍扛文学硕士论文 络又叫做前向网络，其特点是在前后相邻的两层之间神经元相甄连接，在各神经 元之闻没鸯反馈。每个李孛经元可以从前一层接收多令输入，荠产生一个输出饯递 给下一层的各个神经元，信息只能从输入层开始逐艨向前依次传递。前馈网络可 以包括许多层，但已经证明只要三层网络就可以以饺意精度逼近任何非线性连续 爱数。强2 。6 为三层蓠馈网络匏结构图，它包括一个输入层功能瓣节志、一个输 出层和一个隐含层。神经网络中有计算前馈网络的隐含层和输出层节点都是计算 单元。 闰2 - 6 兰层翦馈网络示意圈 反馈网络就是在输出层与隐含层、或者隐含层匈隐含层之间具有反馈连接， 即提应的节点同时接收来自前面一层单元的输入和来自后霹节点的反馈输入。 相互连按型网络，冀特点是任何两个神经元之闻都可能存在双向的连接头 系，所有的神经元既作为输入节点，同时也作为输出节点，每个结点都表示一个 计算单元，阍时接收外加输入和其他器结点的反馈输入。每个结点也都直按向外 部输出。如图2 7 所示。函此，输入信号要在所有神经元之闻反复传递，从菜一 初始状态开始，经过若干次的变化，崴到收敛于某一稳定状态或进入周期振荡等 状态为止。隧羞神经元数罄的增加，网络结构会迅速复杂化，从而大大增加网络 的计算量。 圈2 7 糍互连接型踺络 3 、神经网络的学习 学习方法是体现神缀网络智能特性的主要标志，离开了学习方法，神经网络 就失去了诱入的叁适瘦、鑫组织和鑫学习能力。一般穗况下，性能豹改变是遥过 1 9 濒汪丈学硕士论文 调节自身的参数( 权值或者阈值) 随时间而逐步达到的。 学习冀浚 误差纠正学习算法。令神经元k 在n 时刻的输入为坼( 功，实际输出为炸( 栉) 磷( 月) 表示期望输出( 可由训练样本给出) ，则误麓信号可写为 ( 力2 喀( 珂) 一n ( 哟， ( 2 3 8 ) 对误鬟进行纠正学习是为了使( 聆) 达到最小，使网络中各个单元的实际输 出逼近于裁缝输出。其学习规则为 。叩& 0 ) t ( 撑) ， ( 2 3 9 ) 其中野为学习步长。 竞争学习算法。也就是在学习时。网络各输缸单元互相竞争，知道达到只有 一个最强者被激活。最常见的一种情况是输出神经冗之间有侧向抑制性连接。 銎2 8 其寅侧舞连接的竞争学习鼯络 这样原来实处单一中如有某一单元较强，则它将获胜并抑制其他单元，最后 贿越瓤= f 咐黧雾麟 的单元处于激活状态。常用的竞争学习规则可写为 吩= ：墨一哟 若神经元f 竞争优胜 若神经廷壤争失败 2 4 2 2r b f 径向神经网络模型 b p 神经网络 ( 2 4 0 ) ( 2 4 1 ) 浙汪大学颈士谵文 在神经网络的各种模型中，应群得最为广泛的模型就是b p ( e 烈wb a c k p f o p 8 9 拄毫赫n n e t w o r k ) 神经潮络。它是一种多缮网络豹“逆攉”学潮弊法。其基 本思想魁日娜：酋先要找到一缎收入样本，也就怒荧予故蹲的各个测擞结论即绘 定熬输入与秘应静羲出，然鼹帮始学习