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小波变换技术检测电能质量前沿报告专业：检测技术与自动化装置姓名：唐佰文学号：S10081102024日期：2011年9月8日 小波变换技术检测电能质量前沿报告随着电力系统的不断发展及电网中各类非线性负荷的不断增加，电能质量的监测、管理和控制已经越来越受到各方面的关注。计算机、电力电子和信息技术等高新技术产业的发展和普及，对电能质量提出了越来越高的要求，电能质量问题成为投资商在投资大型项目时的一个主要考核标准。中国技术监督局从1990年到2001年相继颁布了涉及电能质量的6个国家标准，这些标准分别规定了电压偏差、公用电网谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡、频率偏差、暂时过电压和瞬态过电压的监测标准、监测方法和监测设备的要求。因此，对电网的电能质量进行有效的监测成为一项紧迫而重要的工作。电能质量监测是评估电能质量水平和发现电能质量问题的主要手段，也是改善电能质量的前提。如果能够对电能质量做出精确的检测和分析，就可以对电网的电能质量水平和造成的各种电能质量问题的原因做出分析和判断，为电能质量的改善提供依据。1 电能质量定义IEEE标准化协调委员会已正式采用“power quality”(电能质量)这一术语，并且给出了相应的技术定义：合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设备的接地系统是均适合于该设备正常工作的。与IEEE不同，IEC并没有采用电能质量这个术语，而是提到“EMC(电磁兼容)术语，强调设备与设备之间的相互作用和影响，以及电源与设备之间的相互作用和影响，并在此基础上制定出一系列相关的电磁兼容标准。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。2 电能质量分类电力系统中各种扰动引起的电能质量问题主要分为稳态和暂态两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括三相电压不平衡、电压波动与闪变、电压偏移、频率偏移以及其他以波形畸变为特征的谐波、间谐波、陷波等现象；暂态电能质量问题主要包括短时电压改变以及各种暂态现象。其中短时电压改变是指由于系统故障或较大负载变换所引起节点电压方均根值在短时间内随时间改变的现象，包括电压骤升、电压骤降以及瞬时中断等现象；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。另外，如短时冲击谐波(Harmonics)和间谐波(Interharmonics)在本质上仍然是时变信号，虽然国内和国际标准未对其做出确定的划分，但本文认为仍应该属于暂态电能质量问题，因为它同样具有暂态电能质量的特征。有关电能质量扰动问题，一直引起各国的密切关注。长期以来,傅立叶变换(Fourier transform)变换在电能质量问题中的谐波检测中起着重要的作用。但由于它是一种纯频域方法,虽然能够将信号的时域特征和频域特征联系起来,能分别从时域和频域对信号进行观察,但是不能把二者有机结合起来,在时空域中没有任何分辨性。尽管短时傅立叶变换对此有所改进,但由于单一分辨率,也限制了其在电能质量短时扰动检测方面的应用。相反,近年发展起来的小波变换(wavelet transform),是时间和频率的局部变换,小波变换以其良好的时频局部化及多分辨率特性赋予了它优于傅立叶变换来刻画瞬态和突发性问题的分析能力,通过伸缩和平移等运算功能对函数和信号进行多尺度细化分析,很好地弥补了傅立叶变换在电能质量短时扰动检测和定位方面的不足而获得了广泛的应用。小波变换的出现为电能质量分析提供了新的数学工具和研究方向3 小波变换理论小波变换是80年代后期在傅立叶变换和短时傅立叶变换的基础上发展起来的应用数学的一个分支，具有多分辨率分析的特点。小波变换发展Grabor的短时傅立叶变换的时频局部化思想，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，是一种信号的时间一尺度分析方法，适合于突变信号和非平稳信号的分析。小波变换克服了上述短时傅立叶变换窗口大小不随频率变化的缺点，通过改变时间频率窗口形状，解决了时间分辨率与频率分辨率之间的矛盾，在时域和频域都有良好的局部特性。3.1 小波检测信号突变点的方法用小波分析检测信号突变点的一般方法是：对信号进行多尺度分析，在信号出现突变时，由于用小波变换后的系数具有模极大值，因而可以通过对模极大值点的检测来确定扰动发生的时刻，实现故障定位。暂态电能质量信号定位流程如图所示。 3.2 用于电能质量综合性能评估的小波函数选取原则 具有良好的时频分析性能的小波是分析每一类信号所希望的。电力系统信号，既 有稳态的谐波信号，又有多种形式的暂态扰动信号。因此要求小波在时域和频域均具 有良好的局部分析能力。针对具有突发瞬态性的暂态扰动信号，要能够准确判断扰动 出现的时刻，所以应考虑选择在时域具有紧支性的小波；针对电网中的谐波污染，保证小波在频域的局部分析能力，要求小波在频域的频带具有较高的消失距；与离散小 波变换相比，连续小波变换计算量比离散小波变换大，从实时性角度考虑，要采用小波滤波器长度相对短，可实现离散的小波变换。根据基本小波函数的性质， 符合正交性、可实现离散小波变换这两个基本条件的有Haar小波、Daubechies小波、Coiflets小波和Symlets小波。而电力系统中，大多数信号是类似正弦的信号，Daubechies小波Haar小波(方波)包含了更多的振荡，因而Daubechies小波的系数比 Haar小波的系数更简单。4 结论信号的局部奇异性可通过信号的小波变换模极大值来表征。信号奇异点对应的小波变换模极大值与检测噪声对应的小波变换模极大值在不同的小波变换尺度上的传递性质是不同