（电工理论与新技术专业论文）电能质量参数检测算法的研究.pdf

博士学位论文 力信号周期交替变化引起的背景梯度，提出了基于t o p h a t 形态变换的抑制方法， 针对噪声引起的背景梯度，构造了合适的形态滤波器，提高了扰动检测的灵敏度。 6 ) 提出了基于顺序形态学和t o p h a t 形态变换的扰动检测方法，既可有效抑 制信号平稳变化引起的背景梯度，又具有较好的抗噪声能力，同时很好地保留了 扰动信号突变的局部细节，保证了扰动检测灵敏度和时间定位精度。 7 ) 提出了一种改进的单相电压暂降特征参数实时检测算法。通过构造新的变 换矩阵，减小了传统方法构造虚拟三相系统的延时，可对单相电压暂降幅值、持 续时间和相位跳变等特征参数进行近乎瞬时的估计。分析了单相电压暂降检测时 “异动 现象的产生原因，提出了基于形态运算的解决方法。 8 ) 提出了一种改进的三相电压暂降检测算法。针对三相不平衡电压暂降，通 过正序d q 变换和负序d q 变换，经由形态低通滤波得到三相电压的基波正序、负序 分量，采用改进的单相电压暂降检测算法得到零序分量，进而得到各相电压暂降 的特征参数。改进方法实时性好，参数估计精确，满足电压暂降实时检测的要求， 可应用于电压暂降监测、评估及动态电压恢复器( d v r ) 对电压暂降的实时补偿 控制。 本文提出的电能质量参数估计理论和系列算法，为电能质量实时检测和离线 分析提供了有效的工具。仿真研究验证了所提算法的可行性和有效性；算法已成 功应用于“基于虚拟仪器技术的电能质量综合测试仪”的研制和开发中。 关键词：电能质量；参数估计；数字信号处理；检测；算法 l i l 电能质量参数榆测算法的研究 a b s t r a c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n ds c i e n c et e c h n o l o g y ，p o w e rq u a l i t y ( p q ) p r o b l e m sh a v ei n c r e a s i n g l yb e c o m eas u b s t a n t i a lc o n c e mi nr e c e n ty e a r s c o m p l e t e l y a n da c c u r a t e l ya s s e s s i n gp o w e rq u a l i t yi st h ef i r s ts t 印i ns o l v i n ga n dm i t i g a t i n gt h e p r o b l e m s ，f a s ta n da d v a n c e da l g o r i t h m sa r et h eb a s i sf o r e 1 f i e c t i v em e a s u r e n l e n ta n d e v a l u a t i o n d u et ot h ec o m p l e x i t yo fp o w e rs y s t e ms i g n a la n dt h ev a r i e t yo fp o w e rq u a l i t y e v e n t ，i ti sac h a l l e n g et od e t e c tp o w e rq u a l i t yi n d i c e sc o m p l e t e l y ；a c c u r a t e l ya n d p r o m p t ly i na c c o r d a n c ew i t hn a t i o n a la n di n t e m a t i o n a lp o w e rq u a l i t ys t a n d a r d ， a s y s t e m a t i ca n di n d e p t h r e s e a r c ha b o u tp o w e rq u a l i t ym a j o ri n d i c e se v a l u a t i o ni s c a l t i e do u tb a s e do na n a l y z i n gd o m e s t i ca n do v e r s e a sr e s e a r c hs i t u a t i o n s b yu s eo f d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s i n gm e t h o d sa sw e na sp o w e rs y s t e ma u t o m a t i o nt e c h n i q u e s ，t h e r e s e a r c hw o r k sp a ym o r ea t t e n t i o nt ot h em e a s u r e l l l e n tt h e o r i e sa n de s t i m a t i o n a l g o r i t h m so fi m p o r t a n ti n d i c e s t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h i sd i s s e r t a t i o na r el i s t e d a sf 0 1 l o w s ： 1 ) an e wd i g i t a la l g o r i t h mb a s e do na d a p t i v es h o r t - t i m ef o u r i e ft r a n s f 0 m ( s t f t ) i sp r e s e n t e dt oe s t i m a t es o m eb a s i cp o w e rq u a l i t yi n d i c e s ，s u c ha sv o l t a g e d e v i a t i o n ，行e q u e n c yd e v i a t i o n ，v o l t a g e u n b a l a n c ed e g r e ea n dp o w e rf a c t o ro f 向n d a m e n t a lc o m p o n e n t t h ea l g o r 主t h me m p l o y sf i x e ds a m p l i n gp e r i o da l t h o u g ht h e f r e q u e n c yo ft h es i g n a lv a r i e s n or e c u r s i v ec a l c u l a t i o ni sn e e d e dt og e te v a l u a t i o n v a l u e so fa b o v em e n t i o n e dp a r a m e t e r s a sar e s u l t ，t h ea l g o r i t h mi se a s yt oi m p l e m e n t w i t hl e s s c o m p u t a t i o nb u r d e na n ds h o r tr e s p o n s et i m e t br e s t r a i n t h es p e c t r u m l e a k a g eo fh a 锄o n i c s ，an o v e lk i n do fw i n d o wc a i l e dr e c t a n 9 1 e s e l f _ c o n v o l u t i o n w i n d o w ( r s c w ) i sa d o p t e da n dt h ew i n d o wl e n g t h i sa d j u s t e da c c o r d i n gt ot h e f f e q u e n c yv a 打a t i o no ft h es i g n a l i ti st h u ss u i t a b l ef o rr e a l - t i m em e a s u r i n gw i t hh i g h p r e s i c i o n 2 )a c c o r d i n gt ot h es p e c t r u mc h a r a c t e r i s t i c so fh a m o n i c s i n t e r h a n n o n i c s ，a n a p p r o a c hi sp r o p o s e dt qc o m p u t eh a l l 【n o n i c s i n t e r - h a n n o n i c si nr e a lt i m e c o n s i d e r i n g t h ec h a r a c t e r i s t i co fs i n e c o s i n ef u n c “o n ，t h eh a m o n i cc o m p o n e n tc a nb et r a n s f o m e d i n t od cc o m p o n e n t ，t h en n sv a l u ea n di n i t i a lp h a s ea n g l eo fh a 邢o n i ct h e nc a nb eg o t a f t e r1 0 w p a s sf i l t e r i n g a st oi n t e r h a 珊o n i c s ，i ti sg e n e r a n yc o n s i d e r e dt ob ea i v c h a l l e n g eb e c a u s et h ei n t e r h a m o n i c s0 n l yh a v es m a l lr a t i o ，i t i sh a r dt oe s t i m a t e t h e ma c c u r a t e l y b ys u b t r a c t i n g 如n d a m e n t a la n dh a 瑚o n i cc o m p o n e n t s舶mm e o r i g i n a ls i g n a l ，m a x i m u ms p e c t n l ms e a r c h i n gt e c h n i q u ei su s e dt oc o m p u t e f r e q u e n c y ， 肋sv a l u ea n di 1 1 i t i a lp h a s ea n g l eo f i n t e r - h a n l l o n i c t h ep r o p o s e da p p r o a c hi se a s yt o i m p l e m e n tw i t hh i g hp r e c i s i o na n dg o o dd y n a m i c h a 彻o n i c i n t e “a m o n i c p a r a m e t e r so fv o l t a g e s p e c t r u m t r a c k i n gf e a t u r e ，i ts u i t st oe s t i m a t e o rc u r r e n t s i g n a l sw i t hd i s c r e t e 3 )i ti sk n o w nt h a tf l i c k e r p h e n o m e n aa r ec l o s e l yr e l a t e dw i t hh a n l l o n i c sa n d i n t e r 。h a 咖o n l c s ，b u ta tp r e s e n t ，t h ed e t e c t i o nm e t h o d so fh a m o n i c s i n t e 卜h a 册o n i c s a n dt l i c k e ra r ec o m p l e t e l yd i f f c r e n t b a s e do nd e d u c i n gt h e e q u i v a l e n tr e l a t i o no f i n t e r h a m o n l ca n d 砌p l i t u d em o d u l a t i o nw a v et o f l i c k e r t h ed e t e c t i o nm e t h o d so f i n t e r - h a 姗o n i ca n df l i c k e ra r ec o m b i n e d t h e r e f o r e ， a c c o r d i n g t on a t i o n a i a n d i n t e m a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a l c o m m i s s i o n ( i e c ) s t a n d a r d ，an e wf l i c k e re v a l u a t i o n a l g o r l t h mi sp r e s e n t e db a s e do ni n t e r - h a 加o n i ce s t i m a t i o n t h ea l g o r i t h mc a n n o to n l v c o m p u t e1 n s t a n t a n e o u sv i s u a l a c u i t y ；s h o r t - t e n nn i c k e rs e v e r i t yi n d e xa n dl o n g t e n n f l i c k e rs e v e r i t y i n d e x ，b u ta l s op r o v i d e 仔e q u e n c ya n d a m p l i t u d ei m f o 咖a t i o no f v o l t a g ef l u c t u a t i o n ，t b u s ，i tb c n e f j t st oa n a l y z ea n dm a n a g ev o l t a g e f l u c t u a t i o na n d t l i c k e r f u r t h e m o r e ，i tp m v i d e san o v e li m p l e m e n t a lm o d e lf o rn i c k e rd e t e c t i o n 4 ) t od e t e c t 柚dl o c a t en o n - s t e a d y - s t a t e d i s t u r b a n c e s ，d i g i t a l i m a g ep r o c e s s i n g t n e o r ya n dl m a g ee d g em o 印h o 】o g yd e t e c t i n gm e t h o da r ei n t r o d u c e d t h eo u t s t a n d i n g t e a t u r e so ft h em e t h o da r ee a s yi m p l e m e n t a t i o n ，l e s sc o m p u t i n g c o m p l e x i t y ，h i g ht j m e r e s o j u t l o na n dl o wd e m a n do f s a m p l i n gf r e q u e n c y ；t h e r e f i o r e ，i tc a nb eu s e dt o e t t e c t l v e l yd e t e c tc o m m o np o w e rd i s t u r b a n c e ss u c ha sv o l t a g es a g ，s w e l l ，s h o r t t i m e i n t e 栅p t i o n ，s h o r t - t i m eh i g h 行e q u e n c yo s c i l l a t o r y ；n o t c h i n g ，e t c 5 ) d e e pa n a i y s i sr e v e a l st h a tr e s t r a i nb a c k g r o u n dg r a d i e n ti st h ek e ys t e pf o r d l s t u r b l n gd e t e c t i o n b a s e do ne x a m i n i n gt h eo r i g i no fb a c k g r o u n d g r a d i e n t ，t w o d l f f e r e n tm e t h o d sf o rr e s t r a i nb a c k g r o u n dg r a d i e n t a r ep r o p o s e d o n eu s e st o p h a t m o r p n o j o g yt r a n s f o mt or e s t r a i nt h e b a c k g r o u n dg r a d i e n tp r o d u c e db yn o 彻a l p e n o d l ca l t e 加a t i o no fa n a l y z e d s i g n a l ， t h eo t h e rc o n s t r u c t ss u i t a b l e m o r p h o l o g v n n e r st or e s t r a i nt h eb a c k g r o u n dg r a d i e n ti n t r o d u c e db yn o i s e s t h u s ，t h e d e t e c t i n g s e n s i t i v i t yc a nb ei m p r o v e do b v i o u s ly 6 ) an e wd i s t u r b i n gd e t e c i o nm e t h o db a s e do no r d e rm o r p h o l o g ya n dt b p h a t t r a n s t o r i i ll st h e np r e s e n t e d l tc a nn o t o n l yr e s t r a i nt h eb a c k g r o u n dg r a d ie n tp r o d u c e d b ys t e a d yv a m t l o no fa n a l y z e ds i g n a i ，b u ta l s or e s i s tn o i s e sw h i l ek e e pt h e p a r t i a l d e t a i l so f s i g n a l sa b t l j p tc h a n g e t h e r e f o r e ，i te n s u r c st h e s e n s i t i v i t ya n dt i m el o c a t i n g v 电能质量参数检测算法的研究 p r e c i s i o no fd i s t r u r b i n gd e t e c t i o n 7 ) a ni m p r o v e ds i n g l ep h a s ev o i t a g es a gd e c e c t i n ga l g o r i t h mi sp u tf o 刑a r d a n e wm a t r i x ，w h i c hi s d e s i g n e dt od e c r e a s et l l ep h a s ed e l a yt h a t i su n a v o i d a b l ei n t r a d i t i o n a lf i c t i t i o u st h r e ep h a s es y s t e m s ，i sc o n s t r u c t e d t h ei m p i 。o v e da l g o r i t h mc a n a l m o s ti n s t 狮t a n e o u s l yq u a n t i f yt h em a g n i t u d e ，d u r a t i o na n da n g e lj u m pf o rv o l t a g e s a gi ns i n 9 1 ep h a s es y s t e m s s i n c e a l b n o 姗a lv a r i a t i o n p h e n o m e n o np r e s e n t si nt h e d e t e c t i n gp r o c e s s ， ac o r r e s p o n d i n g s o l v i n g m e a s u r ei sc a r r i e do u tb a s e do n m o r p h o i o g yc a l c u l a t i o n 8 ) a st ot h r e ep h a s eu n b a l a n c e dv o l t a g es a g ，a ni m p r o v e dd e t e c t i o nm e t h o di s a l s op r e s e n t e d a r e rc a r r 妒n go u tp o s i t i v ea n dn e g a t i v ed qt r a n s f 0 珊，m o r p h 0 1 0 9 y1 0 w p a s sf i l t e rw h i c hp o s s e s s e s t h e s u p e r i o r i t y o fh i g ha c c u r a c ya n df a s t d y n a m i c p e r f 0 姗a n c ec o m p a r e d w i t ht r a d i t i o n a lb u t t e 刑o r t hf i l t e ri su s e dt oo b t a i n p o s i t i v e s e q u e n c e 如n d a m e n t a l c o m p o n e n t a n d n e g a t i v e s e q u e n c e 允n d a m e n t a l c o m p o n e n t ，a n dt h ez e r o s e q u e n c ec o m p o n e n ti so b t a i n e db yu s i n gi m p r o v e ds i n g l e p h a s ev o l t a g es a gd e t e c t i o nm e t h o d ，t h e n ，v o l t a g es a gc h a r a c t e r i s t i c sc a nb eg o te a s i l y ： t h ei m p r o v e dm e t h o dc a ne s t i m a t et h es a gp a r a m e t e r sw i t hh i g ha c c u r a c yi nr e a lt i m e t h e r e f o r e ，i ti sn o to n l ye 佑c i e n tf o rt h ef e a l t i m ed e t e c t i o no fv 0 1 t a g es a gb u ta l s o e f f e c t i v ef o rt h er e a l - t i m ev o l t a g es a gc o n t r o la n dc o m p e n s a t i o ni nd y n a m i cv o l t a g e r e s t o r e r s ( d v r s ) t h ep u 叩o s eo ft h ed i s s e r t a t i o ni st of 0 肌a na r i t h m e t i cs y s t e mt h a tr e l a t e dt o s o m em a i np o w e rq u a l i t yp r o b l e m s i tw i l lp r o v i d ee f f e c t i v et h e o r e mb a s i sa n d a l g o r i t h m sf o fp o w e rq u a l i t yo n - l i n ed e t e c t i o na n do f f - l i n ea n a l y s i s t h ev a l i d i t yo f t h ep r o p o s e da l g o r i t h m sh a sv e r i f i e db yn o n n o r o u ss i m u l a t i o n s ，a n dt h ea l g o r i t h m s h a v eb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di nt h ed e v e l o p m e n to fap r a c t i c a ld e v i c en a m e d t h e v 1 b a s e de l e c t r i cp a r a m e t e rm e a s u r e m e n td e v i c e k e yw o r d s ： p o w e rq u a l i t y ；p a r 锄e t e re v a l u a t i o n ； d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ； d e t e c t i o n ；a l g o r i t h m v i 博十学位论文 第l 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 电能的生产和应用是人类历史上最伟大的科学技术成就之一。一个多世纪以 来，电力技术的不断发展，电力生产及应用的日益增长，迅速改变了人类社会的 生产面貌，也深深影响了人们的生活方式。电力作为目前最清洁和使用最方便的 二次能源，在推动社会进步、促进科学技术发展和提高人民生活水平方面发挥着 越来越重要的作用；电能作为一种特殊的商品，其质量将对国民经济总体效益和 人民生活质量产生越来越大的影响。 随着工业规模的扩大和科学技术的发展，国民经济各部门的用电量不断增加， 电气化程度越来越高，新工艺、新技术广泛应用于工业生产和人民生活的各个方 面，越来越多的用户采用了性能好、效率高但对电源特性变化敏感的高科技设备， 电力用户对电能质量( p o w e rq u a l i t y ) 的要求在不断提高。特别是近年来，伴随 信息技术的飞速发展，基于计算机系统的控制设备和电子装置投入使用，这些装 置对电能质量的要求更为苛刻。任何电能质量问题都可能导致产品质量的下降， 甚至工程作业的停顿，给电力用户造成不同程度的损失。与此同时，现代电力系 统( p o w e rs v s t e m ) 中用电负荷结构发生了重大变化，诸如半导体整流器、晶闸管 调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，电 网( p o w e rn e t w o r k ) 中非线性( n o n l i n e a r ) 、波动性( f l u c t u a n t ) 、冲击性( i m p u l s i v e ) 、 不平衡性( u n b a l a n c e d ) 负荷( l o a d ) 所占比重增大，这些负荷和其它许多新型 的电气设备在其运行中会向电力系统注入各种电磁干扰( e 1 e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e e m i ) ，对电力系统的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害与影 响不断增加，电能质量问题日益突出，引起电力部门和电力用户的高度重视，促 使电力及相关部门采取积极有效的措施来保证电网高质量电能的供应。 电能质量的检测和分析( d e t e c t i o na n da n a l y s i s ) 是改善和提高电能质量的前 提和依据。只有快速、准确地检测出电力系统中电能质量问题，并对它进行有效 的分析，确定问题的类型、范围和产生原因，才能对其进行有效的控制和治理。 电能质量指标参数( i n d i c e s ) 是电能质量各方面的具体描述【1 1 。电能质量指标 参数的测量是电能质量检测的重要内容，也是电能质量深层次分析的基础。通过 对电力信号波形的测量分析，提取各项技术指标，可以实时准确地掌握电网的供 电和用电状况，便于电网运行状态的自动调节，有利于保障电网的安全、稳定、 高质运行；可以及时捕捉各种电能质量扰动，提供扰动幅度和持续时问等信息， 电能质量参数检测算法的研究 便于电能质量补偿装置的设计与实时控制；可以对电网的电能质量水平进行评估， 对造成电能质量下降的原因做出分析，为供电部门或电力用户判断和改善电能质 量提供依据。同时，电能质量参数的精确检测，也有利于电能合理定价和规范电 能消费市场。 长期以来，人们不断致力研究更精确、更快速的电能质量指标参数测量方法。 由于技术的限制，最初的参数测量多采用模拟技术实现。但随着数字信号处理技 术和计算机技术的发展，越来越多的测试仪器应用数字技术实现。数字方式实现 相对简单，测量精度也相对精确，已成为电能质量参数测量的主流。但是，由于 电力信号的复杂性和电能质量内涵的扩展性，以及不断提高的测量精度、广度与 测量速度的要求，电能质量指标参数测量技术仍有待进一步发展和提高。 1 2 电能质量及其主要指标参数 1 2 1 电能质量概述 电能质量，是指通过公用电网供应给用户端的交流电能的品质。为保证安全、 经济地输送、分配和使用电能，一个理想的电力系统应以恒定的频率( 我国为5 0 h z ) 和正弦波形，按规定的电压水平( 标称电压) 对用户供电，且各个运行参数不受 用电负荷特性的影响。在三相交流电力系统中，各相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。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即 功率因数( p o w e rf a c t o r ) 等于l ，各用电负荷之间互不干扰。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和对称的，加之调控手段的不完善、 负荷性质各异且其变化的随机性以及运行操作、各种故障等原因，这种理想状态 在实际中并不存在，因此就产生了电能质量问题( p o w e rq u a l i t yp r o b l e m ) 。电能 质量问题可定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差， 其内容涉及频率偏差( f r e n q u e n c yd e v i a t i o n ) 、电压偏差( v o l t a g ed e v i a t i o n ) 、电 磁暂态( e l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n t ) 、供电可靠性( p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y ) 、波 形失真( w a v e f o 珊d i s t o r t i o n ) 、三相不平衡( t h r e e p h a s eu n b a l a n c e ) 以及电压波 动( v 0 1 t a g ef 1 u c t u a t i o n ) 和闪变( f l i c k e r ) 等。 电能质量是一个抽象的概念，内涵丰富，外延广阔。为了便于开展电能质量 工作，需对电能质量问题进行分类，定义相关参数，并制定相应的电能质量标准。 1 2 2 电能质量标准 电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常 使用电能的基本技术规范，是实施电能质量监督管理，推广电能质量控制技术， 2 博上学位论文 维护供用电双方合法权益的依据。近几十年来，许多工业发达国家已经制定了比 较完备的电能质量系列标准。世界各国制定的电能质量标准是不完全相同的，但 都在与国际权威组织推荐的标准积极接轨。目前，国际上广泛采用的电能质量标 准主要是国际电工委员会( i n t e m a t i o n a le l e c t r o t e c h i l i c a lc o i n n l i s s i o n ，i e c ) i e c 6 1 0 0 0 系列标准和国际电气与电子工程师协会( i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la 1 1 de 1 e c t r o n i c s e n g i n e e r s ，i e e e ) i e e e1 1 5 9 2 1 9 9 5 标准。 i e c6 1 0 0 0 系列标准从电磁兼容( e l e c t r o m a g i l e t i cc o m p a t i b i l i t y e m c ) 的角度 对电能质量问题进行描述，即电能质量问题基本上属于e m c 中的传导低频现象。 i e c6 1 0 0 0 系列标准【2 】包括6 个部分：i e c6 1 0 0 0 2 1 总论、i e c6 1 0 0 0 2 2 环境、 l e c6 l o 0 0 2 3 限值、i e c6 1 0 0 0 2 4 试验和测量技术、i e c6 1 0 0 0 2 5 安装和抑 制导则、i e c6 1 0 0 0 2 6 杂项。 i e e e1 1 5 9 工作组从1 9 9 5 年开始研究电能质量，目前制定的电能质量标准有： i e e e 5 9 电能质量监测的推荐标准【3 】、i e e e1 1 5 9 1 各种类型电能质量扰动 事件的基本监测要求、i e e e l l 5 9 2 各种类型电能质量扰动事件的特性分析、 i e e e1 1 5 9 3 电能质量数据交换格式【4 1 。 我国国家质量技术监督局( 原国家标准局) 至2 0 0 3 年底，颁布了六项标准【5 加】 ( 其中两项标准已经修订过) ，即 g b t1 2 3 2 5 2 0 0 3 电能质量供电电压允许偏差( 修订版) g b1 2 3 2 6 2 0 0 0 电能质量电压波动和闪变( 修订版) g b t1 4 5 4 9 9 3 电能质量公用电网谐波 g b t1 5 5 4 3 1 9 9 5 电能质量三相电压允许不平衡度 g b t1 5 9 4 5 1 9 9 5 电能质量电力系统频率允许偏差 g b t1 8 4 8 1 2 0 0 l 电能质量暂时过电压和瞬态过电压 此外，相关标准还有： g b1 7 6 2 6 7 1 9 9 8 供电系统及所连接设备谐波和问谐波的测量和测量仪器类 别 g b1 7 6 2 5 7 1 9 9 8 低压电器及电子设备发出的谐波电流限值 随着国民经济和科学技术的飞速发展，电能市场逐步建立和完善，现有的电 能质量标准已不能满足实际需要。以i e c 和我国为例，电能质量标准规定就过于 简单和笼统。基于这种情况，国内外正在加快电能质量标准的制定步伐，我国己 经着手进行电能质量检测设备通用要求和电能质量电压暂态和短时断电 标准制定工作。 1 2 3 电能质量分类及主要指标参数 总体上讲，电能质量问题可分为稳态( s t e a d y s t a t e ) 和暂态( t r a n s i e n t - s t a t e ) 电能质量参数枪测算法的研究 两大类。 稳态电能质量问题源于连续出现的电力扰动( 主要为负荷功率变化) ，持续时 间较长，期间电压、电流变化较慢。它是电能质量的主要方面，影响范围广，程 度深；人们对它的认识和研究可分为两个阶段。 2 0 世纪7 0 年代以前，电力系统中计算机控制设备和电子装置的数量不多，非 线性波动性负荷占总系统的比例很小，人们关心的电能质量问题主要局限在电压 ( v 0 1 t a g e ) 、频率( f r e q u e n c y ) 和供电可靠性( p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y ) 方面， 同时电力企业还把提高功率因数放在一个非常重要的位置。 2 0 世纪7 0 年代至本世纪初，电力系统中直流输电( d ct r a n s m i s s i o n ) 和柔性 交流输电系统( f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t 锄s ，f a c t s ) 不断投入实际工程，同 时非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到广泛应用，冲击性、波动性负荷 ( 例如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等) 大量增加，电力系统中谐波、间谐波， 以及电压波动与闪变现象日益严重，成为电能质量领域研究的主要内容。 暂态电能质量问题源于突然发生的电力扰动( 如故障、大负荷投切等) ，一般 持续时间短，但期间电压或电流严重偏离其额定值或理想波形，变化速率大。 近年来，随着社会信息化的日益发展，数字式自动控制技术在工业生产中得 到大规模应用，如变频调速设备，可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算 机系统等敏感性用电设备的大量使用，电压暂降、电压暂升、瞬时电压中断和各 种暂态扰动等暂态电能质量问题也已引起相关人员的广泛关注和高度重视。 根据我国电能质量研究的发展历程和电能质量国家标准以及欧美国家的电能 质量标准，本文将电能质量问题分为传统( 稳态) 电能质量问题、现代( 稳态) 电能质量问题和( 当代) 暂态电能质量问题，其相关电能质量现象及指标参数表 述如下。 1 2 3 1 传统( 稳态) 电能质量问题 ( 1 ) 电压偏差 供电系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压偏差对系 统标称电压的百分数为该节点的电压偏差( v 0 1 t a g ed e v i a t i o n ) 。我国g b t1 2 3 2 5 2 0 0 3 规定了允许限值：( 1 ) 3 5 k v 及以上为正负偏差绝对值之和不超过1 0 ；( 2 ) 1 0 k v 及以下三相供电为士7 ；( 3 ) 2 2 0 v 单相供电为+ 7 l o 。 另外，国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定依据国标的限 值定义了电压合格率。 ( 2 ) 频率偏差 电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频 率偏差( f r e q u e n c yd e v i a t i o n ) 。g b t1 5 9 4 5 1 9 9 5 中规定电力系统正常频率偏差允 4 博十学位论文 许值为士o 2 h z 。 ( 3 ) 电压三相不平衡 三相电压不平衡度是衡量三相系统电压不平衡( v r o l t a g eu n b a l a n c e ) 的特征指 标。电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方根值与正序分量均方根值 之比定义为该电量的三相不平衡度。g b t1 5 5 4 3 1 9 9 5 规定电力系统公共连接点正 常电压不平衡度允许值为2 。 1 2 3 2 现代( 稳态) 电能质量问题 ( 1 ) 谐波 谐波( h a 加o n i c ) 是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整 数倍。g b t1 4 5 4 9 1 9 9 3 标准将各次谐波含有率( h a 硼o n i cr a t i o ，h r ) 和总谐波畸 变率( t 0 t a lh a m o n i cd i s t o r t i o n ，t h d ) 作为衡量谐波的指标。 ( 2 ) 间谐波 间谐波( i n t e r - h a 彻o n i c ) 是指频率不是基波频率整数倍的谐波。间谐波主要 由静止变频器、感应电动机和电弧设备等产生。另外，电力载波也可认为是一种 间谐波。 ( 3 ) 电压波动与闪变 电压波动( v o l t a g ef l u c n l a t i o n ) 是电压均方根值一系列相对快速变动或连续 改变的现象，其变化周期大于工频周期，其电压幅值的变化通常为额定值的9 0 1 1 0 。闪变( f l i c k e r ) 是人的视觉所觉察到的由电压波动引起的灯光照度变化。 g b1 2 3 2 6 2 0 0 0 中规定了l o m i n 短时间闪变水平值( s h o r t - t e mf l i c k c rs e v e r i t yi n d e x