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电能品质监测的近况及瞻望

前往列表来历:宣布日期:2016-12-12 15:58:45阅读:

1.弁言

电能品质是指经由进程公用电网供操纵户真个交换电能的品质。抱负状况的公用电网应以恒定的频次、规范正弦波和额外电压对用户供电。同时,在三订交换体系中,各相电压和电流的幅值巨细应相称、相位对称且相差120度。但因为体系中的发机电、变压器和线路等装备非线性或错误称、负荷性子多变,加上调控手腕不完美及运转操纵、外来搅扰和各类毛病等缘由,这类抱负状况并不存在。是以,发生了电网运转电力装备和供用电关头中的各类题目,也就发生了电能品质的观点。

鼎新开放之前,我国产业水平比拟掉队,制作业工艺比拟粗拙,高、精、尖方面的前进前辈制作业更是缺少,是以,谐波引发的影响与风险并不较着,而电能品质题目更提不到议事日程。人们遍及以为,只需能保障电网频次的普通和保障供电电压在必然范围内,就即是保障了电网的电能品质。别的从我国的电力体系供求干系来看,80年月之前处于打算和欠缺经济期间,有不电供用户操纵是首要题目,天然“电能品质”题目就无从谈起。

跟着公民经济的成长,迷信手艺的前进和出产进程的高度主动化,电网中各类非线性负荷不时增加;各类庞杂的、紧密的,对电能品质敏感的用电装备愈来愈多。跟着计较机手艺的日趋提高,大批基于计较机体系的节制装备和电子装配不只对供电电能品质非常敏感,同时也加重了电能品质的进一步好转。

电力体系电能品质题目标发生首要有以下几个缘由[1][2]:

(1)电力体系元件存在的非线性题目

电力体系元件的非线性题目首要包含:发机电发生的谐波;变压器发生的谐波;直流输电发生的谐波。另外,另有变电站并联电容器弥补装配等身分对谐波的影响。此中,直流输电是今朝电力体系最大的谐波源。

(2)非线性负荷

在产业和糊口用电负载中,非线性负载占很大比例,这是电力体系谐波题目标首要来历。电弧炉(包含交换电弧炉和直流电弧炉)是首要的非线性负载,它的谐波首要是由起弧的时延和电弧的严峻非线性引发的。住民糊口负荷中,荧光灯的伏安特色是严峻非线性的,会引发较为严峻的谐波电流,此中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装配也会发生严峻的谐波电流,对电网形成严峻净化,同时也使功率因数下降。

(3)电力体系毛病

电力体系运转的各类毛病也会形成电能品质题目,如各类短路毛病、天然灾难、报酬误操纵、电网毛病时发机电及励磁体系的任务状况的转变、毛病掩护装配中的电力电子装备的启动等都将形成各类电能品质题目。

电能品质题目不只仅干系到用电装备运转的靠得住性和宁静性,并且还干系到供用电市场的规范化。它的发生能够或许来历于供电方的输配电体系,也能够或许来历于用户真个不公道用电,还能够或许来历于雷电等天然景象。只要对电能品质停止有用地监测才会对题目标发生和影响有清楚的熟悉,如许才能为电能品质的改良﹑供用电两边的调和和供用电市场的规范供给实在根据,以便接纳有用的处置办法。在如许的环境下,切磋电能品质范畴的相干现实及其节制手艺,阐发我国电能品质办理和节制的成长趋向,具备现实意思。

2.电能品质监测近况

2.1权衡电能品质的首要目标

因为所处态度差别,存眷电能品质的角度差别,人们对电能品质的界说还未能告竣完整的共鸣,可是对其首要手艺目标都有较为分歧的熟悉。首要目标为国度手艺监视局接踵颁发的触及电能品质五个方面的国度规范,即:供电电压许可偏差,供电电压许可动摇和闪变,供电三相电压许可不均衡度,公用电网谐波,和供电频次许可偏差等的目标限定。

(1)电压偏差(voltagedeviation):是电压下跌(电压跌落)和电压回升(电压隆起)的总称。

(2)频次偏差(frequencydeviation):对频次品质的请求全网不异,不因用户而异,列国对该项偏差规范都有相干划定。

(3)电压三相不均衡(unbalance):表现为电压的最大偏移与三相电压的均匀值跨越划定的规范。

(4)谐波和间谐波(harmonics&inter-harmonics):含有基波整数倍频次的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频次的正弦电压或电流称为间谐波,小于基波频次的分数次谐波也属于间谐波。

(5)电压动摇和闪变(fluctuation&flicker):电压动摇是指在包络线内的电压的有法则变更,或是幅值凡是不超越0.9~1.1倍电压范围的一系列电压随机变更。闪变则是指电压动摇对比明灯的视觉影响。

另外IEEE第22规范调和委员会和其余国际委员会从电压幅值和电压波形两个方面接纳11种目标来权衡电能品质[3][4],此中电压幅值目标包含:断电(interruption)、电压下跌(sag)、电压回升(swell)、刹时脉冲(impulse)、电压动摇(fluctuation)与闪变(flicker)、电压切痕(notch)、过电压(over-voltage)、欠电压(under-voltage)、电压波形目标包含:谐波(harmonic)、间谐波(inter-harmonic)、频次偏差(frequencydeviation)。

2.2电能品质节制战略与手艺

2.2.1几种电能品质节制战略

①PID节制:这是操纵最为普遍的调理器节制纪律,其布局简略、不变性好、任务靠得住、调剂便利,易于在工程中完成。当被控工具的布局和参数不能完整把握,或得不到切确的数学模子时,操纵PID节制手艺最为便利。其错误谬误是:呼应有超调,对体系参数摄动和抗负载扰动才能较差。

②空间矢量节制:空间矢量节制也是一种较为惯例的节制体例。其道理是:将基于三相运动坐标系(abc)的交换量颠末派克变更获得基于扭转坐标系(dq)的直流量从而完成解耦节制。惯例的矢量节制体例普通接纳DSP停止处置,具备杰出的稳态机能与暂态机能。也可接纳简化算法以延长及时运算时候。

③恍惚逻辑节制:晓得被控工具切确的数学模子是操纵典范节制现实的"频域法"和古代节制现实的“时域法”设想节制器的前提前提。恍惚节制作为一种新的智能节制体例,无需对体系成立切确的数学模子。它经由进程摹拟人的思惟和说话中对恍惚信息的抒发和处置体例,对体系特色停止恍惚描写,来下降获得体系静态和静态特色量支出的价钱。

④非线性鲁棒节制:超导储能装配(SMES)现实运转时会遭到各类不肯定性的影响,是以可经由进程对SMES的肯定性模子引入搅扰,获得非线性二阶鲁棒模子。对此非线性模子,既可操纵反应线性化体例使之全局线性化,再操纵一切线性体系的节制纪律停止节制,也可间接接纳鲁棒节制现实设想节制器。

2.2.2FACTS手艺

FACTS,即基于电力电子节制手艺的矫捷交换输电,是上世纪80年月末期由美国电力研讨院(EPRI)提出的。它经由进程节制电力体系的根基参数来矫捷节制体系潮水,使保送容量更靠近线路的热稳极限。接纳FACTS手艺的焦点目标是增强交换输电体系的可控性和增大其电力传输才能。

今朝有代表性的FACTS装配首要有:可控串连弥补电容器、运动无功弥补器、晶闸管节制的串连投切电容器、统一潮水节制器等。

2.2.3用户电力(CustomPower)手艺

用户电力手艺便是将电力电子手艺、微处置机手艺、主动节制手艺等操纵于中高压配电体系和用电体系中,其目标是增强配电体系的供电靠得住性,并减小谐波畸变,改良电能品质。该手艺的焦点器件IGBT比GTO具备更快的开关频次,并且关断容量已达MVA级,是以DFACTS装配具备更快的呼应特色。

今朝首要的FACTS装配有:有源滤波器(APF)、静态电压规复器(DVR)、配电体系用运动无功弥补器(D-STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。

2.3电能品质监测装配

因为电能品质须要监测的量良多并且大多是高度畸变的,传统的体例是接纳摹拟旌旗灯号的阐发,监测差别的电能品质目标操纵差别的仪表。如传统的丈量电压和电流有用值的电压表、电流表,丈量功率消耗的有功表、无功表,丈量频次的频次表,另有谐波表、三相不均衡度计、电压动摇和闪变仪[5]。此类仪器的缺乏的地方是可监测的目标少,通用性差、精度较低、主动化水平较低。

接纳微处置器为焦点的新一代数字式仪表已被普遍操纵,焦点由DSP(DigitalSignalProceeding)所组成。普通都可和计较机相连,组成数据处置才能较强的PC+DSP主从式布局,具备显现、存储、通讯、人机对话等功效。对一个站点停止监测,有较好的结果。

今朝电能品质监测装备的成长趋向偏向于接纳永远性的牢固装备对现场数据停止在线监测,对牢固电能品质监测装备而言,须要综合斟酌本钱和机能停止特地的研制。基于微处置器的智能化电能品质在线监测装备接纳嵌入式体系和数字旌旗灯号处置手艺在设想上具备在线监测、智能化、收集化、及时性好和本钱低的特色。基于双CPU的嵌入式体系将嵌入式DSP处置器和嵌入衰落节制器相连系,经由进程2个CPU扩大体系资本,配合分管体系负荷,同时DSP作为高速处置器件也利于保障体系的及时性。这类双CPU体系布局和DSP的高速处置才能对保障体系完成在线监测、智能化、收集化等壮大功效而又不就义及时性起到了关头感化。它具备在线监测、精度高、进级潜力大、及时性好、体积小、本钱低的特色,既合用于现场的丈量阐发,也合用于持久的在线监测。

2.4电能品质阐发体例

电力体系中的各类扰动引发的电能品质题目首要可分为稳态事务和暂态事务两大类。稳态电能品质题目以波形畸变为特色,首要包含谐波、间谐波、波形下陷及噪声等;暂态事务凡是是以频谱和暂态延续时候为特色,可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类[6]。

电能品质的阐发体例首要偶然域仿真法、频域阐发体例和基于变更的体例。

1时域仿真法

时域仿真体例在电能品质阐发中的操纵最为普遍,其最首要的用处是操纵各类时域仿真法式对电能品质题目中的各类暂态景象停止研讨。对电压下跌、电压回升、电压间断等有关电能品质暂态题目,因为其延续时候短、发生时候不肯定、对频域阐发提出了较高的请求,较多接纳时域仿真体例。

今朝EMTP、EMTDC、NETOMAC等体系暂态仿真法式[7]和SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真法式在研讨中获得了普遍的操纵,有的已被做成贸易软件。

接纳时域仿真计较的错误谬误是仿真步长的拔取决议了可摹拟的最大频次范围,是以必须事前晓得暂态进程的频次笼盖范围。另外,在摹拟开关的开合进程时,还会引发数值振荡。

2频域阐发法

频域阐发体例首要用于电能品质稳态题目。比方谐波、电压动摇和闪变、三相不均衡等。绝对暂态题目,此类事务具备变更绝对较慢、延续事务较长等特色。对称份量法是最经常使用的体例。它的长处是观点清楚、建模简略、算法成熟,但耗时长。

频域阐发体例首要包含频次扫描、谐波潮水计较和夹杂谐波潮水计较等,该体例多用于电能品质中谐波题目标阐发。

频次扫描协调波潮水计较在反应非线性负载静态特色方面有必然范围性,是以夹杂谐波潮水计较法在最近几年中成长起来。其长处是可具体斟酌非线性负载节制体系的感化,是以可切确描写其静态特色。错误谬误是计较量大,求解进程庞杂。

3基于变更的体例

在电能品质阐发范畴中普遍操纵的基于变更的体例首要有复立叶变更、神经收集、二次变更、小波变更和Prony阐发等5种体例。

(1)傅立叶变更

傅立叶变更是电能品质阐发范畴中的根基体例,傅立叶变更的长处是算法疾速简略。但其错误谬误也良多:

①固然能够或许将旌旗灯号的时域特色和频域特色接洽起来察看,但不能将两者无机地连系起来。

②只能顺应于肯定性的安稳旌旗灯号(如谐波),对时变非安稳旌旗灯号难以充实描写。

③短时傅立叶变更(STFT)的团圆情势不正交睁开,难以完成高效算法;只合适于阐发特色标准大抵不异的进程,不合适阐发多标准进程和渐变进程。

④疾速傅立叶变更(FFT)变更的时候信息操纵不充实,任何旌旗灯号抵触城市致使全部频带的频谱漫衍;在不知足前提前提时,会发生“旁瓣”和“频谱泄漏”景象。

傅立叶变更是典范的频谱阐发和旌旗灯号处置体例。其对含有短时高频份量与长时候低频份量的电能品质旌旗灯号阐发具备必然的范围性。今朝经改良的疾速傅立叶变更(FFT)和(STFT)已成为电能品质阐发的根本。

(2)神经收集法

神经收集现实是巨量信息并行处置和大范围平行计较的根本,它既是高度非线机能源学体系,又是自顺应构造体系,可用来描写认知、决议计划及节制的智能行动。

神经收集法的长处是:可处置多输入-多输入体系,具备自进修、自顺应等特色;不用成立切确数学模子,只斟酌输入输入干系便可。

错误谬误是:存在部分极小题目,会显现部分收敛,影响体系的节制精度;抱负的练习样本提取坚苦,影响收集的练习速率和练习品质;收集布局不易优化。

(3)二次变更法

二次变更是一种基于能量角度来斟酌的新的时域变更体例。该体例的根基道理是用时候和频次的双线性函数来表现旌旗灯号的能量函数。

二次变更的长处是:能够切确地检测到旌旗灯号发生锋利变更的时辰;切确丈量基波协调波份量的幅值。错误谬误是:没法切确地估量原始旌旗灯号的谐波份量幅值;不具备时域阐发功效。

(4)小波阐发法

小波变更是最近几年来鼓起的一种算法,因为具备时域部分化的长处,出格合适于渐变旌旗灯号和不肯定旌旗灯号的阐发。今朝国际外已有很多文献操纵小波变更对谐波监测[8]、电磁暂态波形阐发、电力体系扰动建模等电能品质题目停止了研讨。

小波变更是一种多标准阐发数字手艺,它经由进程对时候序列进程从低分辩率到高分辩率的阐发,显现进程变更的全体特色和部分变更行动。

经常使用的小波基函数有:Daubechies小波、B小波、Morlet小波、Meyer小波等。

小波变更的长处是:具备时-频部分化的特色,出格合适渐变旌旗灯号和不安稳旌旗灯号阐发;能够对旌旗灯号停止去噪、辨认和数据紧缩、复原等。

错误谬误是:在及时体系中运算量较大,须要接纳DSP等高价钱的高速芯片;小波阐发有“边缘效应”,边境数据处置会占用较多时候,并带来必然偏差。

(5)Prony阐发法

Prony阐发衰减的思惟近似于小波。在该体例中,旌旗灯号老是被以为能够由一系列的衰减的正弦波组成,这些衰减正弦波近似于小波函数。以是Prony阐发体例和小波一样,能够做多标准的旌旗灯号阐发。Prony阐发的首要错误谬误是计较时候太长。

3.电能品质监测阐发瞻望

电能品质的阐发和监测是一个庞杂的体系工程。它设想到电力体系、主动节制、古代通讯等多个方面。今朝乃至此后一段时候内,它在成长中要处置以下几方面的题目[9]:

(1)根本现实的研讨

电能品质根本现实研讨是对其实质停止深切研讨的根本,包含统一的畸变波形行电能品质的寄义,各功率成份的界说、发生机理、评价体系的研讨,及物理意思,迷信的计较体例研讨等。今朝为顺应差别的须要提出很多的界说体例。各体例在数学抒发式、物理意思、成立模子及实行方面各有长处,但间隔现实上和现实上的统一并易于接管的抒发式另有必然的差异,没法对电能品质做出综合的阐发和评价。这一现实的欠缺无疑将会障碍对电能品质进一步的深切研讨。

(2)新型算法的开辟

跟着近代数学和野生智能手艺的敏捷成长及大批跨学科、跨专业穿插现实的显现,电能品质阐发的模子、体例和手腕显现出激烈的多样性,若何以更迷信、更前进前辈的模子来阐发电能品质,改良其对电网的影响,也是电能品质研讨范畴内不可轻忽的焦点地点。就今朝电能品质的研讨环境来看,小波阐发、恍惚数学的体例、神经收集体例、遗传算法及穿插手艺将成为此后电能品质新算法研讨的支流标的目的。可操纵恍惚数学体例成立切确数学模子,操纵小波变更对扰动数据停止辨识、分类和缘由阐发,操纵恍惚-神经收集体例肯定有用信息的传输、存储。这些现实的推出及其日渐成熟对电能品质研讨范畴从算法自身到算法的合用范畴、算法机能的改良等各方面发生深远的影响。

(3)电能品质监测的收集化、智能化

古代电网范围愈来愈大,监测点愈来愈多,将来电能品质的监测不只范围于某一点,而是要完成统一供电体系、差别地点的电能品质监测,乃至完成多个差别供电体系的集合监测。在功效上,更夸大智能化,除具备计较、显现等功效外,还要有必然的判定、阐发、决议计划等功效,如能停止事务展望、毛病辨识、搅扰源辨认和及时节制,开端具备主动的适用前进前辈的计较智能评价功效。

电能品质阐发及及其监测是一个较庞杂的题目,若何公道、周全地阐发处置各类搅扰源,充实将计较机手艺和收集手艺为电能品质阐发与监测所用,都是应注重的题目。同时电能品质监测的成长趋向对监测体系在功效上提出了更高的请求,也标明这一操纵范畴的研讨须要多种手艺的彼此融会和各个范畴的紧密亲密协作。

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