電能質(zhì)量分析中小波變換的應(yīng)用分析

李辰

摘要：隨著科技與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力水平也不斷提高以及非線性負荷的增大，電力系統(tǒng)被“諧波污染”的越來越嚴重，電能作為輕捷、簡單、潔凈的二次能源，已成為全世界人們不可離開的功能。電的大量使用和發(fā)現(xiàn)是從第二次科技革命開始的，電的發(fā)明和使用給人類生活帶來了光明，同時也帶來了許多的方便，從此以后，人們再也離不開電力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電能 質(zhì)量 中小波 變換 分析

【分類號】：TM73

我們的生活離不開電，但是有一利就有一弊，電污染也給我們的生活帶來很大的危害，比如人接觸電后被電暈，大量電輻射等等。人類科學技術(shù)進步和科學技術(shù)有待提升，人離不開科技，更離不開電力。

一、諧波的分析

（一）諧波的含義

由于經(jīng)濟的發(fā)展和科技的不斷進步，人們生活質(zhì)量的普遍提高，電力產(chǎn)品更加廣泛的應(yīng)用到我們每個人的生活中，成為不可或缺的一部分，然而電力產(chǎn)品不光用于我們的生活，還用于一些生產(chǎn)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域，這樣就導(dǎo)致了諧波的成分不斷上升。與此同時，隨著人們對用電的需要，對于電的質(zhì)量的要求也是越來越高，把電網(wǎng)諧波控制在合理的范圍內(nèi)，避免諧波對電能造成傷害，保證電壓水平，這就使治理諧波成為電力的最急迫的問題[1]。

（二）諧波造成的傷害和嚴重影響

諧波的產(chǎn)生就會對電力造成嚴重的傷害，無論是設(shè)備通訊，還是無線網(wǎng)絡(luò)，都會產(chǎn)生影響。由此看來，諧波的傷害大概可以分為以下幾種：過量的負荷和不斷的發(fā)熱。對一些旋轉(zhuǎn)式的發(fā)動機和無功補償性的電容器類別和變壓器以及各種通訊系統(tǒng)等等，因此，諧波對電力的影響是較為廣泛的。

二、電能質(zhì)量的幾種分類

（一）分類

電能質(zhì)量問題一般是由電力中多種信號干擾而引發(fā)的。覆蓋的層面非常廣泛，有的是短時的，有的是長時的，還有的是短時期或者是長時期的；還有一些頻率上面的問題。但是從總體上來說，主要可以分成非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)[2]。

（二）一般用的分析方法

從現(xiàn)在看來，對于電網(wǎng)的質(zhì)量問題的分析主要在三個大方面，一是建立起對應(yīng)的電力模型，二是面對不一樣的質(zhì)量問題來制定防范的措施，三是檢測電力質(zhì)量。由于對電力工作的深入研究，數(shù)字技術(shù)一些分析方法得到了更廣泛的使用，對于數(shù)字分析可以分為三個方面，分別是頻域、換域和時域。

三、中小波分析現(xiàn)狀及問題

（一）小波變換的原理

小波變換是在上世紀80年代興起的，小波變換被認為是近些年來在一些方法和使用工具上的重大突破，也是應(yīng)用類數(shù)學和純數(shù)學的結(jié)合。小波變換來源于空間平移和不斷伸縮。于1910年提出來的，小波變換發(fā)展的過程中，非常多的學者為小波理論都畫上了濃厚的色彩，自從1922年起，當時的小波變換發(fā)展已經(jīng)達到了新的階段，自此以后，小波變換的發(fā)展不斷的上升和完善，小波變換運用越來越廣泛，到后期變成處理信號的重要手段之一，并且得到了更快速的發(fā)展[3]。

（二）小波變換的比較

小波與Fourier變換相比，小波的變換是由頻率和空間的部分變換，所以能夠更有用的提取相關(guān)的信息資料，小波還解決了一些Fourier變換一些解決不了的問題。在許多數(shù)學家看來，新的數(shù)學分支是小波變換演化而來的，小波變換是由樣條分析，F(xiàn)ourier分析，泛函分析，數(shù)值分析的非常好的結(jié)晶。但是信號處理專家卻認為，小波變換是多分辨分析和處理分析的一種嶄新的技術(shù)，小波變換在圖像識別，語音合成等方面帶來了很深刻的意義。

（三）Fourier與小波變換

與Fourier的變換和窗口的Fourier變換相比較，小波變換的最大好處就是小波變換在頻率、時間兩個領(lǐng)域上都有很好的局限性，所以運用小波變換可以聚集到電信信號的隨意細節(jié)里，這就不會導(dǎo)致因為小波變換而引起電能質(zhì)量下降的各個擾亂信息進行的定位和檢查提供可能。然而導(dǎo)致電能質(zhì)量急速下降的各個擾亂本質(zhì)上是一個包括不同點的短暫性的擾亂信號，信號小波變換的系數(shù)模的最值與信號奇異點之間的基本關(guān)系，就是當小波變換用作平滑函數(shù)的第一階導(dǎo)數(shù)的時候。這時小波變換的系數(shù)的模的最大值點相對應(yīng)的是信號的奇異點也就是我們所說的突變點，從這個結(jié)論出發(fā)，許多學者運用現(xiàn)有的存在的小波函數(shù)或者再根據(jù)所處理的問題從而構(gòu)造成的小波函數(shù)。

（四）復(fù)數(shù)小波變換在電能質(zhì)量中相關(guān)問題的研究

學者們在對實數(shù)小波變換的研究的同時，近年來，復(fù)數(shù)小波變換的一些優(yōu)秀特征與其有關(guān)聯(lián)的應(yīng)用也慢慢引發(fā)了眾多學者的青睞與關(guān)注，這就使復(fù)數(shù)小波變成了小波理論的研究新的最熱點問的題之一。目前，電能質(zhì)量問題分析中得出復(fù)數(shù)小波的一些基本構(gòu)造問題，但是大都因為缺少系統(tǒng)性和理論性。所以，單從復(fù)數(shù)小波在電能質(zhì)量的信號分析中看，主要研究的問題，首先一定要從理論上看是解決如何實現(xiàn)復(fù)數(shù)小波函數(shù)的基本系統(tǒng)構(gòu)造或者為其構(gòu)造而設(shè)立的對應(yīng)的框架。

四、小波變換

（一）傅立葉的變換與短時的傅立葉的變換

傅立葉的變換一直以來是信號處理領(lǐng)域上非常完美、運用非常廣泛、效果最好的一種分析理解手段。目前最主要的檢查方法基本都是源于傅立葉變化得來的，傅立葉變換是從時間的領(lǐng)域到頻率的領(lǐng)域之間相互轉(zhuǎn)化的一種工具。從某些意義上來說，傅立葉變換的實質(zhì)是非常復(fù)雜的，難以想象的。傅立葉變換是一種純粹的頻率領(lǐng)域的分析變化方法，他在頻率領(lǐng)域的定位性是科學有效的，而且在時空領(lǐng)域下沒有任何的定位性，所以傅立葉變換所反饋的是整體下信號的全部時間下的整體領(lǐng)域特性。而且不能提供給我們?nèi)魏蔚牟糠謺r間段上頻率信息，不能夠把時間領(lǐng)域和頻率領(lǐng)域更好的結(jié)合起來，所以無法通過來了解擾動發(fā)生的時刻在[4]。

（二）小波分解與重新構(gòu)造

多分辨率的分析的基本思想一般是把信號的投影到一些互相正交的小波函數(shù)構(gòu)成的一些子空間里，從而形成了各種信號在不同的度量上的展開，所以就提取了信號在各個不同的頻帶上的特征，也同時還保留了信號在各個度量上的一些時域特征，雖然大多分辨率的分析是一種很有效的時間頻率分析的方法，但是他每次只能對信號的一些低頻和一些高頻部分來進行多方面的劃分，然而對于信號來進行更加的精確的分析檢驗。

（三）小波包變換的測量

一些電網(wǎng)能力的頻率計算大多是通過測試周期的方法實現(xiàn)，這種方法是運用硬件檢測然后輸入到波形中的過零點，控制其計算器計算的方法得以實現(xiàn)頻率的一些測量。但是這種方法有缺點也有優(yōu)點，缺點就是，需要很大的硬件開銷，而且在輸入信號的過程中，其中含有非常多的諧波時，測量的準確性不是非常高，誤差也比較大。其優(yōu)點是，編程過程非常漸變，利于很快編程。還有一種測量方法，這種方法提出了首先用交流這種采樣方法得到的采樣數(shù)據(jù)信號來進行一些數(shù)字濾波，等到濾出其中的基波后，然后再通過插值求波形過零點的時候，進而在求出其對應(yīng)周期的方法。所以在次基礎(chǔ)上，只要求我們求出T的導(dǎo)數(shù)，然后便可以得到我們所了解的電網(wǎng)的頻率了。但是必須保證采樣的速率足夠的高。這樣就可以使算法和測量具有非常高的效率。

結(jié)束語：

電能問題一直都是現(xiàn)在社會人類都很關(guān)注的一個重要問題，其中檢測的手段還有了解分析手段正在慢慢完善，一些經(jīng)典的各種變換方式在電能質(zhì)量的一些問題上的處理已經(jīng)非常成熟了，有更多的復(fù)雜的難以理解的現(xiàn)象等待著我們更加先進的科學技術(shù)和數(shù)學工具，然后我們將采用更先進的手段去解決這些待處理的問題，需要我們以后的思考與技術(shù)的提升進步。

參考文獻：

[1]牟英.電能質(zhì)量分析及其補償方法的研究[M].蘭州理工大學，2009，05，10

[2]拜潤卿.小波變換在諧波檢測中的應(yīng)用分析研究[M].甘肅電力技術(shù)，2008，06，01

[3]耿云玲.電能質(zhì)量擾動分析中小波變換的應(yīng)用研究[M].湖南大學，2006，04，02

[4]曲輝.基于小波變換的電能質(zhì)量分析[M].電能質(zhì)量分析，2009，12，01