電能質(zhì)量檢測(cè)方法及應(yīng)用研究

杜柏楠

(哈爾濱供電公司，哈爾濱150010)

1 國(guó)內(nèi)外對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)研究的現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)1996年實(shí)施的《電力法》明確規(guī)定供電企業(yè)應(yīng)當(dāng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且許多地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始非常關(guān)注電能質(zhì)量的問(wèn)題。上海的浦東新區(qū)把電能質(zhì)量問(wèn)題造成的損失以及高科技產(chǎn)業(yè)對(duì)其要求進(jìn)行了研究，并取得了一定的成績(jī)，同時(shí)許多知名高校和科研所也在研究電能質(zhì)量的問(wèn)題上取得了一些成果。即便如此，我國(guó)還是未建立一套全國(guó)性的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，反而大多是地方性的供電部門(mén)建立屬于自己的小型電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，這些地方性的部門(mén)之間并無(wú)太多聯(lián)系，沒(méi)有數(shù)據(jù)之間的傳遞和輸送，無(wú)法在大面積范圍內(nèi)對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和把握。

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外20世紀(jì)80年代興起的電磁兼容學(xué)科是對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題研究的開(kāi)始，電磁兼容學(xué)科對(duì)電能質(zhì)量干擾源的一些特點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)、技術(shù)最合理的原則，對(duì)干擾的一系列特點(diǎn)做出規(guī)定，并且使處在相同電磁環(huán)境下的設(shè)備能夠“兼容”。電能質(zhì)量的問(wèn)題就是電磁兼容學(xué)科中的傳導(dǎo)低頻的問(wèn)題。追溯到1992年7月份，《公用配電系統(tǒng)的供電特性》草案在歐洲發(fā)布，其對(duì)中、低壓配電系統(tǒng)用戶供電端的電能質(zhì)量作了全面規(guī)定，包括頻率、電壓、電壓不平衡、電壓波形以及電源的信號(hào)電壓等。而到了1993－1995年，美國(guó)著名的EPRI在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行了普查，由此得到了許多寶貴的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。就目前情況來(lái)說(shuō)，有不少的西方及發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了建立全國(guó)性電能質(zhì)量檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋，采用的檢測(cè)裝置特點(diǎn)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度都很高，這種檢測(cè)裝置可以對(duì)電能質(zhì)量涉及的多種問(wèn)題進(jìn)行同步的檢測(cè)，并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析和遠(yuǎn)傳分享。與我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電能質(zhì)量檢測(cè)裝置相比，國(guó)外的電能質(zhì)量檢測(cè)裝置具有精度高、集成度高以及智能化程度高的特點(diǎn)。

2 電能質(zhì)量的檢測(cè)方法研究及應(yīng)用

2.1 基于變換的分析方法

基于變換的分析方法有傅里葉變換及其各種改進(jìn)算法、短時(shí)傅里葉變換、小波變換、正交變換以及希爾伯特變換。

著名數(shù)學(xué)家傅里葉早在1992年就提出了傅里葉變換法的檢測(cè)分析方法，它是諧波檢測(cè)的主要使用方法。其優(yōu)點(diǎn)是算法相對(duì)成熟、運(yùn)算速度快、物理意義確定。其對(duì)數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間涉及整個(gè)周期，并且對(duì)數(shù)據(jù)的要求極高，不能體現(xiàn)局部時(shí)間段上的頻率信息。

小波變換的方法是由Haar在20世紀(jì)初提出的，它是一種窗口面積固定而窗口形狀可以改變的非常有效的時(shí)頻分析工具。低頻部分可以實(shí)現(xiàn)頻率分辨率高及時(shí)間分辨率低的效果，而在高頻部分則相反。

正交變換始于日本學(xué)者在1984年提出的瞬時(shí)功率理論，它是數(shù)學(xué)變換中最常用的一種。瞬時(shí)功率理論的具體內(nèi)容是把電流分解為兩個(gè)分量并且兩個(gè)分量的關(guān)系為相互垂直的，其中一個(gè)電流與電壓的波形一樣，相位也保持一致，這種電流被稱為瞬時(shí)有功電流，而另一個(gè)電流則被稱為瞬時(shí)無(wú)功電流。

2.2 人工智能檢測(cè)分析方法

目前人工智能是一個(gè)研究熱點(diǎn)，各種算法不斷涌現(xiàn)，在諧波檢測(cè)以及諧波源定位等方面使用較多的有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持相量機(jī)等，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用最為廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，又稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其基本思想是模擬動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞群學(xué)習(xí)特性的結(jié)構(gòu)和功能而構(gòu)成的一種信息處理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電能質(zhì)量的諧波測(cè)量、擾動(dòng)類型識(shí)別中得到了較好的應(yīng)用。

2.3 電能質(zhì)量檢測(cè)裝置的應(yīng)用研究

電能質(zhì)量的檢測(cè)裝置應(yīng)用經(jīng)歷了早、初、中、近四個(gè)階段，1950年左右數(shù)字電子技術(shù)和微電子技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)裝置上，促進(jìn)了電能質(zhì)量的檢測(cè)和檢測(cè)儀表技術(shù)的發(fā)展，許多數(shù)字化儀表代替了模擬式的電測(cè)儀表。而20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了電壓和電流波形等間隔采樣的技術(shù)，這一時(shí)期以微計(jì)算機(jī)，獨(dú)立操作系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展。

國(guó)外一些公司生產(chǎn)的電能質(zhì)量檢測(cè)裝置得到了很好的應(yīng)用，如加拿大的電力測(cè)量公司、瑞典的聯(lián)合電力公司等推出的檢測(cè)裝置可以檢測(cè)電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功電度、無(wú)功電度、三相電壓不平衡度等幾乎所有電力和電能質(zhì)量參數(shù)，并且其精度也十分的高。我國(guó)國(guó)內(nèi)推出的檢測(cè)裝置在功能上與國(guó)外的檢測(cè)儀器一樣都很齊全，只是測(cè)量精度不及國(guó)外的檢測(cè)裝置。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)逐漸向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化以及智能化的方向發(fā)展，功能簡(jiǎn)單的檢測(cè)儀表已經(jīng)不能滿足對(duì)電能質(zhì)量的檢測(cè)，電能質(zhì)量的檢測(cè)問(wèn)題在理論和實(shí)踐中都有許多值得改進(jìn)的地方。為了滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)的要求，研制出一種集測(cè)量、控制和通信等功能于一體的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，有效地進(jìn)行電能質(zhì)量檢測(cè)是十分必要的，同時(shí)這對(duì)于保證電力系統(tǒng)正常安全的運(yùn)行也有十分重要的影響。