电能质量怎么检测

       随着“十一五”电网建设规划在“西电东送、南北互供、全国联网”方针指导下,我国电网将逐步形成全国联网,这就对系统运行的稳定性与可靠性提出更高要求。一方面,电力负荷中大量的非线性负荷给电力系统的电能质量带来严重污染;另一方面,现代用电设备对电能质量的要求较传统设备更高。电力用户的需求正在由原来量的需求向现在优质电能和高可靠性供电的需求转变。
一、电能质量的定义
      从普遍意义上讲,电能质量是指优质供电。从工程实用角度出发,将电能质量概念进一步具体分解并给出解释。其内容如下:
      (1)电压质量。通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡等。
      (2)电流质量。通常包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与滞后、噪声等。
      (3)供电质量。它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量,它包括供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等。
      (4)用电质量。它包括电流质量和非技术含义,如用户是否按时、如数缴纳电费等。
二、电能质量检测分析方法
      电能质量的分析计算涉及对各种干扰源和电力系统的数学描述,需要开发相应的分析软件和工程方法来对各种电能质量问题进行系统的分析。
      近年来,基于数字技术的数学分析方法已在以下电能质量领域获得广泛应用:分析谐波在网络中的分布;分析各种扰动源引起的波形畸变及在网络中的传播;分析各种电能质量控制装置在解决相关问题方面的作用;多个控制装置的协调以及与其他控制器的综合控制等问题。按不同分析方法,这些技术可分为三种。
      1.时域仿真方法
     时域仿真是利用仿真软件及程序模拟电力系统各种暂态问题,从而对电能质量的各种指标进行研究。其缺点是仿真频率范围有限,并且模拟开关开合的时候会引起数值震荡。因此,要采用相应技术以抑制发生数值震荡。由于这些仿真程序在不断发展中,其功能日益强大,还可利用它们进行电力 设备、元件的建模和电力系统的谐波分析。
      2.频域分析方法
     该方法主要用于谐波问题的分析计算,包括频率扫描、谐波潮流计算等。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的计算方法,即在常规的谐波潮流计算法基础上,利用EMTP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失量,从而得到动态谐波潮流解。
     3.基于变换的方法
      在电能质量分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有傅里叶变换法、短时傅里叶变换法、二次变换法和小波变换法。
    (1)傅里叶变换法。傅里叶变换法是电能质量分析领域中的基本方法,在实际运用中,常常采用离散傅里叶变换方法(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)。通常是利用它们对信号进行采样,然后将采样值转换成数字信号序列,借助计算机进行谐波分析。
    在使用过程中出现了很多改进的DFT和FFT算法,它们在一定程度上提高了算法的速度和精度。
    傅里叶变换的优点是算法快速简单,但也存在一些缺点,如:对时变非平稳信号难以充分描述;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;虽然能够将信号的时域特征和频域特征联系起来观察,但不能将二者有机地结合起来等。
    (2)短时傅里叶变换法。短时傅里叶变换(STFT)是和傅里叶转换相关的一种数学转换关系,用以决定时变讯号其局部段落之弦波成分的频率与相位。
      它的是:选择一个时频局部化的窗函数,假定分析窗函数g(t)在一个短时间间隔内是平稳(伪平稳)的,移动窗函数,使f(t)g(t)在不同的有限时间宽度内是平稳信号,从而计算出各个不同时刻的功率谱。短时傅里叶变换使用一个固定的窗函数,窗函数一旦确定了以后,其形状就不再发生改变,短时傅里叶变换的分辨率也就确定了。如果要改变分辨率,则需要重新选择窗函数。
      短时傅里叶变换用来分析分段平稳信号或者近似平稳信号犹可,但是对于非平稳信号,当信号变化剧烈时,要求窗函数有较高的时间分辨率;而波形变化比较平缓的时刻,主要是低频信号,则要求窗函数有较高的频率分辨率。短时傅里叶变换不能兼顾频率与时间分辨率的需求。短时傅里叶变换窗函数受到W.Heisenberg不确定准则的限制,时频窗的面积不小于2。这也就从另一个侧面说明了短时傅里叶变换窗函数的时间与频率分辨率不能同时达到最优。
    (3)二次变换法。二次变换(QT)是一种基于能量角度来考虑的时-频变换方法。该方法实现基础是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。
      仿真结果表明,二次变换不仅可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻,而且还能精确测量基波和谐波分量的幅值。但它无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值,同时不具有时域分析功能。
    (4)小波变换。传统的信号理论是建立在傅里叶分析基础上的,而傅里叶变换作为一种全局性的变化,其有一定的局限性。在实际应用中人们开始对傅里叶变换进行各种改进,小波分析由此产生了。小波分析是一种新兴的数学分支,它是泛函数、傅里叶分析、调和分析、数值分析的最完美的结晶。