單一電能質量擾動信號的建模與檢測

片兆宇 雷志國 金月

摘 要：電能質量已經成為電力企業部門和用戶們日漸關注的內容，它已經成為衡量電力市場經濟好壞的重要標準，電能質量擾動使得電壓或者電流波形異常，這可能導致用電敏感的終端突然停止工作，有效檢測和識別電力系統問題對于提高電能質量是非常重要的。該文介紹了電能質量相關概念以及擾動形成原因等，建立了擾動信號電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷、振蕩暫態的數學模型，并對基于改進的形態非抽樣小波的電能質量單一擾動進行仿真，檢測出了擾動奇異時刻值，結果表明改進的形態非抽樣小波能對擾動信號的檢測定位分析。

關鍵詞：電能質量 建模 檢測 擾動

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（b）-0002-01

電能屬于二次利用能源，電能的利用程度直接影響著一個地區乃至國家電力發展的好壞[1]。近年來，非線性電子控件和以微處理器為基礎設備的負載器件被廣泛使用，從而導致出現了越來越多的電壓擾動，也使電能質量問題變得尤為突出。在電能質量的擾動中，主要包含暫態問題和穩態問題，該文主要介紹PQ擾動信號的暫態信號數學模型和穩態信號數學模型的定義、公式[2]。

1 暫態模型

在PQ問題的研究中，暫態擾動模型主要涵蓋了電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷、振蕩暫態這幾種模型[3]。

1.1 電壓暫降

電壓暫降產生的原因主要有電力系統機械故障，如系統發生接地短路故障、大容量電機的啟動和負載突增也會導致電壓暫降，數學模型如下所示：

（1）

1.2 電壓暫升

電壓暫升是指電力電壓在標準工作環境下，受到外界干擾時其電壓幅值在極短的時間內迅速上升，一般暫升值是標準幅值的1.1到1.8倍，下降持續時間大約為0.01s到1min的電磁擾動現象[4]。其數學模型為：

（2）

1.3 電壓中斷

電壓中斷是指工作電壓在極短的時間內降低到標準幅值的0到0.1倍，并且中斷時間大約為0.01s到1min的電磁擾動現象。數學模型為：

（3）

1.4 振蕩暫態

按照頻譜成分可以將振蕩分為三類即低頻振蕩、中頻振蕩和高頻振蕩。高頻振蕩多為脈沖引起的，低頻振蕩一般是由于電網中出現不必要的故障而引起的，其危害系數遠遠高于高頻振蕩。其數學模型為：

（4）

2 仿真

仿真采樣頻率，采樣點數為8000個數據點，圖中分別表示原始信號、由基于非形態小波（MUDW）分解后的第一層、第二層的幅值。a到f分別代表：a表示電壓電能質量擾動形態費抽樣小波檢測仿真（后面依次同理）；b表示電壓暫降PQ擾動；c表示電壓暫升PQ擾動；d表示振蕩PQ擾動，仿真檢示意圖如圖1、圖2。

3 結論

圖1，圖2中的仿真結果表明：在單一擾動信號下，改進的MUDW檢測出的擾動信號誤差較小，并檢測擾動奇異時刻值，有利于電能質量擾動信號的檢測定位分析。

該文提出了一種改進的形態非抽樣小波用于電能質量擾動的研究，在仿真驗證中，利用MATLAB軟件進行仿真，將擾動信號分為單一擾動仿真，結果表明改進的形態非抽樣小波能識別出擾動信號。

參考文獻

[1] 林海雪.現代電能質量的基本問題[J].電網技術，2001，25（10）：5-12.

[2] 譚萬禹，金月，張紅，等.電能質量擾動檢測研究方法[J].長春工程學院學報：自然科學版，2013（4）：40-42.

[3] 張秀娟，徐永海，肖湘寧.電能質量擾動小波變換檢測與識別方法的發展[J].電力自動化設備，2003，23（9）：67-71.

[4] 高華鋒.暫態電能質量復合擾動檢測的研究：[碩士學位論文][D].西安：西安理工大學，2011.