基于小波及DQ算法的电压暂降检测方法研究

论文摘要

电压暂降是动态电能质量问题中最受关注的热点之一。如今,大量新型电力电子设备得到广泛使用,这些设备特别是敏感电力电子设备的正常工作对电网电能质量(主要是电压暂降)的要求越来越高,而且电压暂降在电网中又具有一定的传播性。因此,无论从电网还是用户都迫切需要对电压暂降进行研究和治理。对电压暂降的检测是解决电压暂降的前提条件,其检测精度、速度及抗干扰能力直接关系到电压暂降的分析、控制和补偿。故本论文主要对电压暂降的检测方法进行研究。动态电压恢复器(DVR)是应用于电压暂降最有效,也是应用得最多的设备。DVR采用的检测方法是虚构的三相DQ分解法,本文对此方法进行分析总结后指出了它的一些不足。在总结分析目前应用于电压暂降的检测方法的基础上提出了一种新的电压暂降的检测方法,即基于小波及DQ算法的电压暂降检测方法。围绕电压暂降的所有特征量展开,进行理论推导,新DQ算法是利用单相电压进行构造来求解,它具有数据无延时的特点。而虚构三相DQ分解法是用单相数据延迟60度并经过一定的处理得到另外两相电压。进行比较得出的结论是此新方法可以克服原虚构三相DQ分解法的不足。基于理论分析对小波及DQ算法的电压暂降检测方法进行仿真,考虑了与电压暂降的相关扰动。以小波在奇异性检测方面的独特优势对电压暂降信号中的噪声进行预处理,同时对电压暂降信号进行精确定位,利用小波的分频特性提取电压暂降信号中的低频扰动。仿真验证了新方法对原三相DQ分解法不能处理信号起始60度范围内数据的同步性、此范围内存在的扰动的判定及暂降过程中的低频扰动等问题的有效性。另外,新DQ算法在检测的精度上也有了提高,表现在精确检测到暂降的起始和结束时间。并且此小波与新DQ算法结合的方法可以完整地实现对电压暂降幅值、持续时间、相角偏移、电网频率偏移、噪声干扰等的检测。在仿真中还发现,原虚构三相DQ变换在检测电压暂降时,起始时刻和暂降的开始与结束时刻均存在扰动,且扰动幅度较大,到达稳定的时间较长。而采用新方法后,检测暂降幅值和相角均很快达到平稳状态。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 电能质量概述
• 1.1.1 稳态电能质量
• 1.1.2 动态电能质量
• 1.1.3 电能质量研究现状
• 1.2 电压暂降问题
• 1.2.1 电压暂降的基本理论及特点
• 1.2.2 电压暂降的研究意义
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 电压暂降检测分析方法
• 2.1 电压暂降的特征量
• 2.1.1 电压暂降的幅值
• 2.1.2 电压暂降的持续时间
• 2.1.3 电压暂降的相位跳变及频次
• 2.2 电压暂降的实测统计法
• 2.3 电压暂降的随机预估法
• 2.3.1 故障点法
• 2.3.2 临界距离法
• 2.4 数学形态学
• 2.5 分形分析方法
• 2.6 基于变换域的分析方法
• 2.6.1 短时傅里叶变换
• 2.6.2 DQ 分解法
• 2.6.3 瞬时无功功率理论
• 2.6.4 小波变换
• 2.6.5 S 变换
• 2.6.6 HHT（Hilbert-Huang Transform）变换
• 2.7 本章小节
• 3 基于小波及新 DQ 算法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 小波与噪声
• 3.2.1 小波变换理论
• 3.2.2 信号的小波降噪
• 3.2.3 小波去噪与暂降（扰动）识别的关系
• 3.2.4 小波去噪仿真
• 3.3 改进的新DQ 算法
• 3.3.1 三相电压暂降的DQ 分解
• 3.3.2 改进的新DQ 算法
• 3.4 本章小节
• 4 电压暂降仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 暂降源的产生
• 4.3 小波基的选取
• 4.4 小波分解
• 4.4.1 小波分解层数的确定
• 4.4.2 小波的信号分解与提取
• 4.5 新DQ 算法的检测分析
• 4.5.1 原始信号波形及未经过小波分析的暂降信号检测
• 4.5.2 虚拟三相DQ 变换仿真结果
• 4.5.3 新DQ 变换仿真结果
• 4.5.4 频率偏移与暂降相角跳变的检测
• 4.5.5 同步电机短路故障检测
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文