电力体系非正弦波检验体系的研究

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1、电力体系非正弦波检验体系的研究1绪论电力系统在正常运行的理想状态下的电能质量是有着稳定的工业频率和标准的电压水平的，然而，往往在现实电力系统的运行中，很多参数并不是稳定的，比如电压波形发生畸变而不再是正弦波形，电压发生闪变，特别三相电力系统中幅值不对称等等破坏了电力系统的正常运行。这些变化主要是各种非线性负荷的大量接入以及各种各样的整流器件和设备的安装引起的，这样就使得在正弦条件下的各种参数的定义有些已经不再适合于工程运用中了，然而到目前为止还没有非正弦条件下的某些参数的统一定义比如无功功率，所以目前迫切需要

2、对此有一个广泛的认知。所以，在非正弦条件下如何对功率与谐波电流等等相关参数进行测量就变得非常迫切也非常实际，同时也是一个非常基础的理论问题。研究关于谐波的问题，就要知道畸变波形的分析方法以及谐波测量相关电流量的测量方式与手段等等，研究这个问题的出发点就是谐波的测量。电网中的非正弦波主要由各种稳态或暂态谐波与无功功率构成，谐波的分析离不开功率测量，两者之间存在着密切的联系，在理想正弦运行过程中，他们有明确的定义与概念，然而在非正弦系统中，因为谐波的存在，系统中的无功功率与功率因数都受到了较大影响，而且谐波源也基

3、本是消耗基波无功功率的，能够对谐波进行抑制的通常也能对无功进行补偿，所以把谐波和无功测量联系在一起进行研究是非常有必要的，两者都做好的同时也就提高了电能质量。各个国家面对越来越严重的上述问题也都出台了不同的治理方案与有关措施标准，其中比如对谐波源装置的限制要求，尽量限制产生电力污染的相关装置，安装净化滤波设备等等，均取得了良好的效果。但是国内的电能质量分析仪主要分成三类，分别是手持式电能质仪、便携式多功能电能质量分析仪、电能质量远程监测仪。手持式电能质量分析仪主要测量谐波，多数功能单一，实时性不高。便携式多用

4、于专项测量，监测不连续，多为定时测量，对数据的自动统计分析和历史数据的对比功能不强，人机交互性不好。电能质量远程监测仪多应用于对公共连接点电能质量的连续测量，统计和对比功能有限，给出的测量结果不直观，有的产品虽然直接引用了国外的技术模块，功能较强，但是价格较高，且不完全适合我国市场。以上三类仪器对谐波的检测有很大的局限性，特别是对谐波检测和补偿的实时性没有得到很好的处理。因此，开发一种实时处理功能强、保存历史数据量大、人机交互性好、特别是能实现对电网中非正弦波的谐波和无功电流进行实时检测电能谐波参数检测系统势

5、在必行。为了研究畸变波形的分析方法以及谐波测量相关电流量的测量方式，本节分别简单介绍一下谐波与无功功率概念与危害。1.1电网谐波概念及危害(1)谐波概念电网系统中谐波定义为：对周期性非正弦电量进行傅立叶分解，将获得和电网基波频率相同的分量，同时获得大于电网基波频率的分量，这被称谐波。谐波频率和基波频率的比值（1Nf/fn=)称为谐波次数,电力系统中同时也有存在非整数倍谐波的时候，叫做非谐波(Non-hamonics)或分数谐波。(2)谐波的危害a）影响线路的稳定运行，供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用

6、电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。2基于瞬时无功功率理论的小波变换的谐波检测2.1小波变换的理论传统对电网系统非正弦波信号的分析是建立在傅立叶(Fourier)变换的基础之上的，但是，傅立叶分析

7、使用的是一种全局变换，即要么完全在时域，要么完全在频域，它无法表述信号的时频局域性质，而时频局域性质恰恰是非平稳信号最根本和最关键的性质。为了分析和处理非平稳信号，人们对傅立叶变换进行推广乃至根本性的变革，提出并发展了一系列的信号分析理论：短时傅立叶变换、时频分析、小波变换等。其中，短时傅立叶变换和小波变换也是因传统的傅立叶变换不能够满足信号处理的要求而产生的。短时傅立叶变换的基本思想是：假定非平稳信号在分析窗函数g(t)的一个短时间间隔内是平稳的，并移动分析窗函数，使f(t)g(tτ)在不同的有限时

8、间宽度内是平稳信号，从而计算出各个不同时刻的功率普。但从本质上讲，短时傅立叶变换是一种单一分辨率的信号分析方法，因为它使用一个固定的短时窗函数，因而短时傅立叶变换在对信号尤其是非正弦波信号的分析上还是存在着不可逾越的缺陷。小波变换是一种信号的时间尺度(时间频率)分析方法，如图2.1它具有多分辨率分析的特点，而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，是一种窗口大小固定不变，但其形状可改变，时间窗和频