電能質(zhì)量分析與參數(shù)估計(jì)的研究方法現(xiàn)狀探討

李芳芳（河北省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院，河北石家莊，050071）

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電能質(zhì)量分析與參數(shù)估計(jì)的研究方法現(xiàn)狀探討

李芳芳
（河北省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院，河北石家莊，050071）

摘要：當(dāng)前全球?qū)Ω哔|(zhì)量電能的需要越來(lái)越迫切，為此各個(gè)國(guó)家必須針對(duì)電能質(zhì)量展開全面分析，并研究得到合適方法解決該問(wèn)題。本文首先將介紹電能信號(hào)特征提取方式，其中主要包括小波變化與S變換。其后再針對(duì)上述提出的兩種方式，進(jìn)一步分析電能質(zhì)量擾動(dòng)參數(shù)。望本文研究的內(nèi)容能夠幫助相關(guān)學(xué)者加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量分析以及參數(shù)估計(jì)方面的研究，保證電能處于高質(zhì)量狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量分析；參數(shù)估計(jì)；研究方式

0 引言

當(dāng)前全球化都屬于信息時(shí)代，與電能質(zhì)量相關(guān)的問(wèn)題也越來(lái)越多。這些問(wèn)題不僅僅包括傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)也存在大量可靠性問(wèn)題。當(dāng)前許多波動(dòng)性、沖擊性與非線性負(fù)荷正在逐漸上漲，使電能質(zhì)量問(wèn)題逐漸惡化；同時(shí)現(xiàn)代使用的控制、管理與測(cè)量系統(tǒng)都需要電力供應(yīng)有更強(qiáng)的可靠性以及靈活性等。從電力市場(chǎng)條件的角度來(lái)說(shuō)，電能質(zhì)量的好壞將直接作用到用電、供電以及發(fā)現(xiàn)等三個(gè)不同方面。所以為進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及安全性，必須開展電能質(zhì)量的完善工作。

1 電能信號(hào)特征提取方法

特征量最根本的作用即為對(duì)電能信號(hào)做進(jìn)一步描述，同時(shí)各種特征提取方式也有著其本身獨(dú)具的特征，進(jìn)而使最后提取得到的特征量也存在區(qū)別。

1.1 小波變換

這里提出的小波變換屬于一種多尺度分析方式，其不單能夠表現(xiàn)出整個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，同時(shí)還能夠突出重要的局部特征，所以更適合使用在對(duì)不穩(wěn)定信號(hào)以及突變信號(hào)的分析過(guò)程中。根據(jù)該方式提取得到的信號(hào)特征普遍都在小波分解系數(shù)以及尺度分解系數(shù)內(nèi)。尺度分解系數(shù)進(jìn)一步表現(xiàn)出信號(hào)波形對(duì)應(yīng)的特征，而小波分解系數(shù)則更多的表現(xiàn)出局部細(xì)節(jié)。

根據(jù)小波變換發(fā)現(xiàn)信號(hào)奇異點(diǎn)的根本原理為：在平滑函數(shù)內(nèi)選擇一個(gè)一階導(dǎo)數(shù)，將該倒數(shù)作為小波基，那么小波分解系數(shù)對(duì)應(yīng)的規(guī)模極大值必然也直接等于信號(hào)突變點(diǎn)。上述內(nèi)容則是通過(guò)小波變換展開電能質(zhì)量擾動(dòng)檢測(cè)與定位的根本方式。

1.2 S變換

S變換屬于一種可逆的局部時(shí)頻分析方式，使用的根本原理則是建立在傅里葉變換以及連續(xù)小波變化的基礎(chǔ)上。S變換之中存在的高斯窗口將以頻率變化的幅度隨之展開變化，因此相較于其他方法來(lái)說(shuō)，頻率分辨率更高。在大多數(shù)環(huán)境下，可以通過(guò)獨(dú)立分析信號(hào)頻率分量復(fù)制轉(zhuǎn)變規(guī)律的方式，來(lái)達(dá)到研究目的。S變換普遍能夠?qū)﹄妷褐袛?、下跌以及上升展開具體研究。根據(jù)S變換完成以后的結(jié)構(gòu)普遍為一種2維矩陣，而其中也具備有對(duì)應(yīng)信號(hào)特征。其中矩陣內(nèi)元素應(yīng)該直接與賦值相對(duì)應(yīng)，行與頻率值相對(duì)應(yīng)，列則是與時(shí)間采點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

1.3 Hilbert-Huang transform變換——HHT變換

HHT變換可以理解為是一種運(yùn)用與非平衡信號(hào)分析中的時(shí)頻措施，其構(gòu)成主要包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法EMD及Hilbert變換兩大部分。在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，促使信號(hào)通過(guò)EMD處理行為獲取一個(gè)具備局限性數(shù)量的固有模態(tài)函數(shù)IMF，隨后針對(duì)該函數(shù)進(jìn)行HT，進(jìn)而在精準(zhǔn)及定量的刻畫行為下獲取瞬時(shí)幅值及頻率，從而獲取信號(hào)突變時(shí)間、多樣化頻率分量以及幅值的程度，通過(guò)上述行為對(duì)電壓上升、下降、諧波、波動(dòng)以及間諧波等內(nèi)容進(jìn)行分析。正常情況下，HHT變化可以針對(duì)性是吸納分辨率分析措施，能夠避免小波變換過(guò)程中出現(xiàn)的小波基選擇障礙，根據(jù)信號(hào)自身的尺度及相關(guān)特征實(shí)現(xiàn)信號(hào)分解措施，整體展現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)化局部適應(yīng)能力。通過(guò)針對(duì)性的分析行為了解到，這種局部的適應(yīng)能力主要源于IMF，而該內(nèi)容主要產(chǎn)生于信號(hào)極值處理行為，一般在多次重復(fù)性行為中才能產(chǎn)生。

1.4 dq變換及Prong分析法

dq變換應(yīng)用過(guò)程中的主要原理在于針對(duì)abc三相電壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，并安置在dq左邊之下，從而獲取dq軸電壓。其中特征量的數(shù)值由dq軸電壓實(shí)際平方和得來(lái)：當(dāng)沒(méi)有擾動(dòng)出現(xiàn)的額時(shí)候，特征量始終處于恒定；當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)之后，特征量也會(huì)隨之出現(xiàn)波動(dòng)，需要注意的是特征量及標(biāo)準(zhǔn)值間會(huì)產(chǎn)生一定差值，而該差值的絕對(duì)值必須大于門檻值。而dq變換的仿真結(jié)果顯示：基于信號(hào)奇異點(diǎn)而言，特征量具備瞬時(shí)突變這一特性，并且信號(hào)奇異性所展現(xiàn)出的銘感度在S變換之上。相對(duì)上述三種變換方式而言，dq變換的運(yùn)算量非常小，實(shí)際運(yùn)用的可能性較大。但該方法仍存在缺點(diǎn)，dq變換的移相滯后環(huán)節(jié)在實(shí)現(xiàn)信號(hào)跟蹤措施的過(guò)程中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤，需要時(shí)間來(lái)反應(yīng)。

從本質(zhì)上而言，Prong分析法主要指運(yùn)用系列性指數(shù)衰減出現(xiàn)的正弦波中線性組合，實(shí)現(xiàn)信號(hào)擬合行為，主要應(yīng)用范圍在于部分存在指數(shù)衰減特性的擾動(dòng)現(xiàn)象，譬如振蕩暫態(tài)。在獲取正弦波參數(shù)之后，針對(duì)性獲得信號(hào)不同頻率間的相角信息及幅值變化。而該方法額缺點(diǎn)在于所使用的運(yùn)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)的可能性不大，往往應(yīng)用與離線分析行為。

2 電能質(zhì)量擾動(dòng)的參數(shù)估計(jì)

參數(shù)估計(jì)是當(dāng)前針對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的定量分析的重要前提。目前我國(guó)現(xiàn)有的擾動(dòng)闡述估計(jì)行為主要是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)行為下的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題為主題，實(shí)際采用方式將快速傅里葉轉(zhuǎn)換為重心。不過(guò)隨著現(xiàn)代化信息時(shí)代中的電能質(zhì)量方面的現(xiàn)狀問(wèn)題所接受的重視度不斷增加，促使暫態(tài)擾動(dòng)問(wèn)題的評(píng)估行為被重視。筆者針對(duì)性總結(jié)上文中所闡述方式下產(chǎn)生的擾動(dòng)參數(shù)估計(jì)進(jìn)行分析。分析內(nèi)容如下：第一小波變換，該方面實(shí)際運(yùn)算量非常龐大，其主要采取小波變換措施后，在經(jīng)由系統(tǒng)性的計(jì)算擾動(dòng)信號(hào)之后獲得相應(yīng)的有效值，并基于這一有效值將擾動(dòng)變換幅度計(jì)算出來(lái)。而db1小波現(xiàn)存的六尺度低頻系統(tǒng)在信號(hào)基波幅值方面呈現(xiàn)正相關(guān)，從而分析出電壓可出現(xiàn)的上升、中斷及下降。上述系數(shù)中超出或趨向正常狀態(tài)下的時(shí)間可以稱作是擾動(dòng)的起止世界，經(jīng)由上述系數(shù)實(shí)際變化情況從中可以針對(duì)性了解到信號(hào)實(shí)際變化情況，db24小波介意對(duì)當(dāng)前振蕩暫態(tài)中的振蕩幅度明確下來(lái)，最后經(jīng)由附屬小波可以清楚的了解電壓上升、中斷或下降等情況下的變化現(xiàn)狀，實(shí)際精確程度相較于實(shí)數(shù)小波而言較高。第二S變換，針對(duì)仿真結(jié)果而言，S變換矩陣相較于額定頻率實(shí)際對(duì)應(yīng)行向量實(shí)際突變信號(hào)不具備顯著性，所以無(wú)法明確的將擾動(dòng)起止及基波幅值變化明確的變現(xiàn)出來(lái)，因此導(dǎo)致在對(duì)電壓上升、中斷 及下降等變化過(guò)程中的估計(jì)行為產(chǎn)生一定的差異性，不過(guò)該方式能夠很好的對(duì)電壓波動(dòng)值進(jìn)行針對(duì)性的反應(yīng)，不同頻率下的行向量所展現(xiàn)的平均值可以很好的將信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來(lái)，從而了解到諧波、振蕩暫態(tài)下的頻譜；第三HHT變換，與上述兩種方式相似點(diǎn)在于其運(yùn)算量同樣龐大，其主要運(yùn)用特征量IMF以及Hilbert轉(zhuǎn)百年中存在瞬時(shí)頻率及幅度從而了解到電壓上升及下降過(guò)程中出現(xiàn)的起止時(shí)刻及變化情況、振蕩暫態(tài)中蘊(yùn)含的振蕩頻率、間諧波及諧波所展現(xiàn)的頻率、幅值以及起止時(shí)刻等；第四dq變換，該變換方式具備運(yùn)算量小、因延時(shí)現(xiàn)象導(dǎo)致實(shí)時(shí)性受到嚴(yán)重影響，其主要采取dq兩相電量的實(shí)際平方和實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓上升、中斷、下降、諧波起止時(shí)刻進(jìn)行確定，并且能夠針對(duì)性獲取電壓在上升、中斷及下降過(guò)程中的實(shí)際變化幅度；運(yùn)用dq兩相電量比值間產(chǎn)生的反正切值，能夠?qū)ο辔惶冋宫F(xiàn)出的相角變化進(jìn)行展現(xiàn)；第五Prong分析法，該方式往往用于振蕩暫態(tài)、電壓上升起止時(shí)刻、諧波或是電壓下降等擾動(dòng)情況。從上述分析內(nèi)容可以了解到，不同方式所得到估計(jì)的范圍存在差異性，小波變換、HHT變換及S變化方式都是屬于非常全方位式的擾動(dòng)參數(shù)估計(jì)方式。另外針對(duì)文章中所闡述的方式而言，若采取dq變換方式進(jìn)行實(shí)際的參數(shù)估計(jì)，那么對(duì)于擾動(dòng)起止時(shí)刻以及電壓上升、中斷及下降的變化中，所要實(shí)施的運(yùn)算量較小。就目前分析而言，相較于其他筆者未分析的方式而言，小波變換、HHT變化以及S變換方式在諧波及震蕩暫態(tài)估計(jì)層面的分析措施具備洋相的全面性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了進(jìn)一步確保電力系統(tǒng)所具備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性以及使用者的用電利益，實(shí)施針對(duì)性的電能質(zhì)量完善及整修行為。從中得到高質(zhì)量電能已經(jīng)漸漸成為一種優(yōu)質(zhì)化發(fā)展趨勢(shì)。不過(guò)在分析電能質(zhì)量分析及檢測(cè)的過(guò)程中進(jìn)一步了解并掌握了如何整修或?qū)ふ译娔苜|(zhì)量問(wèn)題，從中獲取精準(zhǔn)性的電能質(zhì)量分析具體化方式，而fail行為具備極其重要的實(shí)際性含義。對(duì)于多樣化的擾動(dòng)參數(shù)估計(jì)方式而言，隨著分類方式及其識(shí)別措施所具備的高精準(zhǔn)性實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)方式的區(qū)別。充分性結(jié)合多種分類方式，同時(shí)結(jié)合不同方式中的實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性及簡(jiǎn)介性是未來(lái)電能質(zhì)量擾動(dòng)方式研究的重要方向。

參考文獻(xiàn)

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Study on current situation of the analysis of electrical energy quality a nd research methods of parameter estimation

Li Fangfang
（Electronic Information Products Supervision & Inspection Institute of Hebei Province，Hebei Shijiazhuang，050071）

Abstract：Presently，the need for electrical energy with high quality has become more and more urgent in th e world，so all the countries must analyze the quality of electrical energy comprehensively and find appropr iate methods to solve this problem.At first， this paper will introduce extraction methods of electricity si gnal features，mainly including wavelet change and s transform.And then it will further analyze disturbance parameters of electrical energy quality based on the above two mentioned ways. This research contents are h oped to help relevant scholars to strengthen the analysis of electrical energy quality and studies on param eter estimation，so the electrical energy can be ensured to at a high-quality level.

Keywords：analysis of electrical energy quality； parameter estimation；research methods