電壓暫降的檢測與仿真畢業(yè)設計（含外文翻譯）

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　本設計為電壓暫降的檢測與仿真。根據(jù)所學知識以及結合所查找的資料對電壓暫降進行研究。</p><p>　　設計任務共分五章，內(nèi)容包括緒論，電壓暫降，電壓暫降的檢測方法，仿真分析和結論。 </p><p>　　本設計從2012年2月20日開始進行，由xx老師指導，xx共同設計完成

2、。</p><p>　　在本設計過程中，參閱了書末所列的參考文獻，以及國內(nèi)有關制造廠、設計院、發(fā)電廠和高等院校編寫的說明書、圖紙和運行規(guī)程等技術資料。在此，一并謹致誠摯謝意。</p><p>　　由于時間倉促，水平有限，設計中不免有疏漏之處，懇請老師批評指正，提出寶貴意見。</p><p>　　第一章 電壓暫降的概念及研究意義</p><p>

3、;　　1．1選題背景及研究意義</p><p>　　電能作為一種走進市場的商品，也和其他商品一樣，需要講求質量。隨著科學技術的進步，越來越多的高科技產(chǎn)品走入人們的生活，對電能質量的要求也越來越高，是否能夠提供高質量的電能是電力部門需要面臨的重要問題之一。公用電網(wǎng)的理想狀態(tài)是以恒定頻率、正弦波形及規(guī)定的電壓水平對用戶進行供電。在三相交流系統(tǒng)中，三相的電壓和電流的幅值應大小相等、相位對稱并互差120°。但系

4、統(tǒng)中運行的發(fā)電機、變壓器、電力線路等設備不同程度的存在非線性或不對稱性，并且因為調(diào)控手段不盡完善，運行操作、外來干擾、故障和各種不可預見的原因等隨時可能發(fā)生，理想的狀態(tài)并不存在，由此帶來了電網(wǎng)運行及供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，即電能質量問題。IEEE制定的電力系統(tǒng)電能質量特性參數(shù)及其分類，圖1</p><p>　　圖1 IEEE制定的電力系統(tǒng)電能質量特性參數(shù)及其分類</p><p>　　現(xiàn)代電

5、力工業(yè)快速發(fā)展，使得動態(tài)電能質量問題引發(fā)的事故增多，如計算機系統(tǒng)紊亂、調(diào)速設備跳閘及機電設備誤動作等，從而導致重大人身傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。而動態(tài)電能質量問題中，電壓暫降引發(fā)的問題居所有問題之首。嚴重的電壓暫降，將使用電設備停止工作，或引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質量下降。而電壓暫降影響的嚴重性則隨用電設備的特性而異。一般而言，工業(yè)過程設備對電壓暫降特別敏感，因為設備內(nèi)任何一個元件由于電源出現(xiàn)問題都會使整個流程停止運轉。這些工業(yè)過程涉及汽車、半導體、太

6、陽能光伏、鋼鐵、塑料、石化、紡織、光纖、飲料乳業(yè)、移動通信等領域，常受電壓暫降影響的重要設備有冷卻裝置控制、數(shù)控機床、加工中心、直流電機驅動、可編程邏輯控制器(PLC)、機械裝置、可調(diào)速驅動裝置等。</p><p>　　電壓暫降并不是一個新問題，但由于以往的大部分設備對短時的電壓突變并不敏感，所以一直并未引起人們的關注。隨著越來越多計算機等精密儀器在人們生活中普及，這些敏感設備很容易受到電壓暫降的危害，造成很大的

7、經(jīng)濟損失，電壓暫降問題逐步引起了相關部門及研究人員的廣泛關注。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電壓暫降和電壓短時中斷已成為最重要的電能質量問題。有監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有電能質量問題中，80％或者更多的是電壓暫降所引起的。</p><p>　　本課題的研究意義以及必要性</p><p>　　對電壓暫降信號的捕捉與分析有十分重大的意義通過上節(jié)所列舉的電壓暫降對電力系統(tǒng)無論發(fā)電端還是用戶端的影響可以看出本課題意義

8、在于以下幾點</p><p>　　(10在電力市場機制下可以為電力生產(chǎn)部門和用戶評價電能質量提供可靠的依據(jù)這樣有利于明確責任避免各種經(jīng)濟糾紛</p><p>　　(2)通過對電壓暫降問題的檢測可以為各種電力設備生產(chǎn)部門提供豐富可信的數(shù)據(jù)資料為其改進設備指出一個方向有利于提高產(chǎn)品質量及經(jīng)濟效益</p><p>　　(3)可以為電力生產(chǎn)部門提供統(tǒng)計資料為綜合分析事故提供

9、依據(jù)</p><p>　　(4)故障發(fā)生導致電壓暫降發(fā)生那么對電壓暫降的全面分析為預測電壓暫降發(fā)生建立基礎通過準確的預測實現(xiàn)在故障前有效的抑制可見本課題無論對于理論還是實際都有重要的意義</p><p><b>　　1.2 電壓暫降</b></p><p>　　1.2.1 電壓暫降的概念</p><p>　　電壓暫降是指

10、供電電壓均方根值在短時間內(nèi)突然下降的事件。在電網(wǎng)中這種電壓暫降檢測方法的分析與研究現(xiàn)象的持續(xù)時間大多為 0.5~30 周波。國際電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)將電壓暫降定義為供電電壓有效值快速下降到額定值的90%~10%；而國際電工委員會 (IEC)則將其定義為下降到額定值的90%~1%。在電壓暫降的分析中，通常將暫降時的電壓均方根值與額定電壓的均方根值的比值定義為暫降的幅值，將暫降從發(fā)生到結束之間的時間定義為持續(xù)時間。實際測量儀器中

11、可對應不同的暫降幅值給出相應的持續(xù)時間，即將電壓均方根值低于指定電壓門檻值的一段時間定義為與特定暫降幅值對應的持續(xù)時間。此外，電壓暫降往往還伴隨由電壓相位的突然改變，稱之為相位跳變。電壓出現(xiàn)相位跳變，是由系統(tǒng)和線路的電抗與電阻的比值（即X/R）不同，或不平衡暫降向低壓系統(tǒng)引起的。電壓暫降的幅值、持續(xù)時間和相位跳變是標稱電壓暫降的最重要的三個特征量。</p><p>　　1.2.2 產(chǎn)生電壓暫降的原因</p&

12、gt;<p>　　當輸配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、大容量感應電機啟動、雷擊、開關操作、變壓器以及電容器組投切等事件時，均可引起電壓暫降。其中，短路故障、大容量感應電機啟動和雷擊是引起電壓暫降的最主要原因。</p><p>　　1) 短路故障引起的電壓暫降。當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，根據(jù)與故障點間的距離，各母線會出現(xiàn)不同程度的電壓暫降。由于這類故障發(fā)生概率比較大，所以也是敏感設備跳機或誤動作的主要原因，三相短

13、路故障引起的電壓暫降最為嚴重。</p><p>　　2) 大容量感應電機啟動引起的電壓暫降。在電網(wǎng)總負荷中，感應電動機用電量約占60% 以上。大容量感應電動機啟動時，定子電流明顯增大，可高達額定電流的5至6倍，從而引起所接母線發(fā)生電壓暫降。電壓暫降嚴重程度與感應電動機的容量、啟動方式及負荷等因素有關。這種暫降的持續(xù)時間較長，但暫降程度一般較小，不會對用戶造成嚴重的影響。</p><p>　

14、　3) 雷擊時造成的絕緣子閃絡或線路對地放電會是保護裝置動作，從而導致供電電壓電壓暫降，這在多雷區(qū)尤為明顯。這種暫降的影響范圍大，持續(xù)時間一般超過100ms。</p><p>　　此外，變壓器投切會引起電壓暫降。由于鐵心飽和效應，空載變壓器投切時可能產(chǎn)生很大的激磁涌流，從而引起電壓暫降。該過程中常伴有二次和四次諧波為主的高次諧波。由于三相鐵心飽和程度的不同，使得三相電壓暫降程度一般也不同。電壓暫降程度與開關合閘時

15、刻、電源強度、鐵心中的剩磁和網(wǎng)絡阻尼有關。通常，由變壓器投切引起電壓暫降不會低于85%。</p><p>　　目前從監(jiān)測出故障到隔離故障最快也需 3~6 個周波。若變電站某條出線發(fā)生短路故障，保護裝置動作將其隔離，與此變電站相連的其它線路將經(jīng)受一次電壓暫降。據(jù)統(tǒng)計，這種電壓暫降占到總數(shù)的70%以上。排除瞬時故障的快速重合閘裝置動作也會使相鄰線路遭受電壓暫降，另外，重合閘動作不成功，電壓暫降將增加一次。輸配電系統(tǒng)中

16、任何地點都可能發(fā)生上述情況，而且電壓暫降發(fā)生的頻率比真正的停電事故高出許多，所以短路故障引起的電壓暫降危害更大。</p><p>　　影響電壓暫降的主要因素有：故障點與公共節(jié)點的距離、故障點附近是否有充足的電源、變壓器繞組連接方式及變壓器故障發(fā)生位置、系統(tǒng)阻抗、斷路器動作時間或熔絲熔斷時間、斷路器和變壓器的故障率以及自動重合閘裝置的允許重合次數(shù)、故障前故障點電壓等。</p><p>　　1

17、.2.3 電壓暫降的危害</p><p>　　在許多發(fā)達國家，電壓暫降與中斷已成為影響大工業(yè)商戶的最主要的電能質量問題。而電壓暫降的次數(shù)遠比電壓中斷發(fā)生的次數(shù)多，由于暫降發(fā)生次數(shù)較為頻繁，所以從總體上看，暫降帶來的損失是巨大的。電壓暫降對于傳統(tǒng)性工業(yè)及一般性負荷影響不大，它主要影響電子類設備的正常工作，或者影響由新型電子類設備所控制的傳統(tǒng)工業(yè)過程。用戶設備對暫態(tài)電能質量問題特別是電壓暫降的敏感程度視其用電特性的不

18、同各異。表 1.1 和表1.2 為根據(jù)國內(nèi)外有關資料整理的電壓暫降對一些設備的影響調(diào)查及事故案例[4 ]。</p><p>　　隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，復雜電子設備在各用電部門中得到了廣泛的應用，而這些設備中很多對短時間的電壓變化較為敏感，所以，電壓暫降己成為威脅現(xiàn)代社會用電設備正常、安全工作的主要干擾。而電壓暫降主要由系統(tǒng)故障、大負荷啟動或雷擊引起的，即使系統(tǒng)按最大可靠性設計也無法避免這些擾動的侵襲，并且目前供電系

19、統(tǒng)供電中斷后的快速恢復能力，也遠遠滿足不了許多敏感負荷的要求，即使我們在系統(tǒng)中加裝UPS，也不能避免。因此，如何保障優(yōu)質電力的不間斷供應變得更加必要和迫切，這是現(xiàn)代電力工作者面臨的新的嚴峻挑戰(zhàn)。</p><p>　　表1.1 電壓暫降造成的影響</p><p>　　表1．2 電壓暫降造成的事故</p><p>　　1．3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><

20、;p>　　電壓暫降問題其實并不是一個新出現(xiàn)的問題，隨著電力系統(tǒng)的出現(xiàn)就已經(jīng)存在，但由于以往的絕大多數(shù)設備對電壓的短時間突然變化不敏感，因此該問題并為引起人們的關注。直到二十世紀七十年代，由于電壓暫降問題對各個行業(yè)造成的損失難以忽略，其相關研究工作才逐步展開。八十年代電壓暫降的研究工作主要集中在檢測[7]、機理分析及其對電機運行性能的影響[8]。八十年代末以來電壓暫降被更加廣泛和深入地研究。到目前為止，主要研究工作集中在歐美等一些國

21、家，并已取得豐富的研究結果。瑞典學者Math H. J. Bollen 是最早研究電壓暫降問題的人之一，在多個領域進行了具有開創(chuàng)性的研究，并于1992 年出版了第一本關于電壓暫降的專著，其專著對電壓暫降的起因、短時間中斷、暫降域、電壓暫降的檢測及抑制措施等內(nèi)容進行了深入的研究[9]。此外，許多發(fā)達國家還對一些動態(tài)電能質量問題如電壓暫降進行了多年的監(jiān)測，如美國EPRI 對電壓暫降進行了長期、廣泛的實測。結果表明許多電壓暫降的幅值是變化的，

22、且有的還伴隨相位突變，不對稱以及波形的畸變；另外，絕大多數(shù)的電壓暫降深度小于40%的額定值，且持續(xù)時間不足10 個周期。因此，如果能夠持</p><p>　　目前，我國國家技術監(jiān)督局己經(jīng)頒布了國家電能質量系列標準，有《供電電壓允許偏差》、《電壓允許波動與閃變》、《公用電網(wǎng)諧波》、《三相電壓允許不平衡度》、《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》以及《暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》，但是還沒有制定關于電壓暫降的系列標準，只是在《電壓暫降

23、、短時中斷和電壓變化靠擾度試驗》中制定了電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗的相關內(nèi)容[2]。國內(nèi)許多學者近年來就電壓暫降的檢測方法、補償控制策略進行了研究，清華大學、西安交大等一些高校進行了動態(tài)電壓恢復器的樣機研制。但如何檢測、特征化和識別各種電壓暫降事件的方法還不成熟，因而迫切需要對這些問題進行深入研究。</p><p>　　動態(tài)電壓恢復器以良好的動態(tài)性能和容量上的相對優(yōu)勢使其成為治理動態(tài)電壓問題最經(jīng)濟、有

24、效的手段之一。國外對該類裝置研究開展得較早已經(jīng)形成了產(chǎn)品。第一臺工業(yè)應用的DVR 是Westinghouse 公司為美國電科院研制的，于1996年研制成功，并投入使用以抑制電壓的暫升和暫降[1]。電壓暫降檢測是DVR 補償實現(xiàn)的關鍵和前提。關于電壓暫降的測量方法，目前主要有有效值計算法、缺損電壓法、峰值電壓法、基于瞬時無功功率理論的dq0 變換法、瞬時電壓變換法以及相應的改進算法等。文獻[11]指出，檢測方法各有特點，不同的使用場合可采

25、用不同方法，或不同方法的結合。在考慮相位跳變時，只能采用瞬時電壓d-q 分解平均值法、瞬時電壓d-q 分解低通濾波法和單相電壓變換平均值法。峰值電壓法適用于要求快速性而對精度要求不高的場合；平均值法相對較簡單，適用于實時性要求較低的場合；基于坐標變換的方法更加靈活，精度更高，并且能更方便地用于補償電壓的產(chǎn)生，因此得到了最廣泛的應用。在結合了其它數(shù)學方法的改進之后，基于坐標變換的方法在實時性、穩(wěn)定性、準確性和魯棒性等方面都有了更大的提高。

26、但對于電壓中存在諧波的情況，濾波器的設</p><p>　　近年發(fā)展起來的小波變換理論具有良好的時頻局部化特性，它通過對不同頻率成分采用逐漸精細的采樣步長，可以聚焦到信號的任意細節(jié)，很好地處理了微弱信號或突變信號，特別適合于對快速變化畸變波形問題進行分析。自從Ribeir最早將小波變換引入到電能質量問題分析中之后，國內(nèi)外學多學者相繼展開了小波變換在電能質量問題中的研究工作。文獻[12]通過研究小波變換極大值原理在

27、電壓暫降檢測中的應用，提出了小波變換與有效值算法相結合的電壓暫降測量方法，克服了由小波算法不能精確測量持續(xù)時間的不足。文獻[13]應用Daubechies小波通過對電壓暫降進行兩級分解后，準確地檢測出了電壓暫降的起止時刻和下降幅度。文獻[14] 通過研究表明小波包變換也是分析電壓暫降信號的一種有效方法。然而，小波變換也面臨小波基選擇的問題，盡管小波基對信號的小波變換結果影響很大，但是目前如何選擇小波基還沒有統(tǒng)一的方法或可遵循的原則。&l

28、t;/p><p>　　1.4 電壓暫降的解決方法</p><p>　　如上所述，現(xiàn)有的大部分方法中都需要確定閾值對不同暫降原因進行判斷。由于不同的電壓暫降原因的電壓波形之間沒有一條明確的界限，而電壓暫降過程中電壓的波形與系統(tǒng)其他因素的關聯(lián)也十分明顯，如系統(tǒng)所帶負荷類型、接線方式、故障點與監(jiān)測點相對位置等等，因此，在電壓暫降源識別方法中確定固定閾值，往往會因為發(fā)生電壓暫降的條件變化而變得不準確，

29、從而產(chǎn)生對電壓暫降原因的誤判。通過對電壓暫降源進行識別，能夠有效地對電壓暫降的發(fā)生起到有針對性的預防，對補償設備的選擇(如補償設備的容量、補償策略的確定)有一定的指導作用。電壓暫降的補償效果與電壓暫降檢測的速度和精度也有著十分緊密的關系。在電壓暫降的檢測方面，國內(nèi)外的學者也進行了大量相關的工作。對于DVR來說，電壓暫降的檢測要同時保證準確性和實時性，從而更快更好的將已經(jīng)跌落的電壓恢復到正常的狀態(tài)。傳統(tǒng)的檢測方法主要包括幅值檢測和幅值、相

30、位檢測兩個方面。其中包括有效值檢測方法、FFT檢測算法、缺損電壓法、單相電壓變換平均值法、瞬時小g變換檢測算法及其改進算法和動態(tài)預測法等等。這一部分內(nèi)容將在第二章詳細敘述。</p><p>　　1．5本文開展的主要工作內(nèi)容</p><p>　　(1)結合現(xiàn)有電能質量監(jiān)測儀器在某些狀態(tài)下無法給出電壓瞬時值的情況，提出一種基于有效值的電壓暫降源識別方法，能夠利用有限暫降數(shù)據(jù)進行分析計算，準確度

31、能夠滿足工程需要。</p><p>　　(2)詳細分析研究現(xiàn)有的電壓暫降檢測方法，并針對主要的傳統(tǒng)檢測方法進行了論述。將現(xiàn)有的電壓暫降檢測方法分為只能檢測幅值和能夠同時檢測幅值和相位跳變兩類，介紹了各種檢測方法的理論及特點。</p><p>　　(3)針對能夠得到電壓瞬時值的電壓暫降事件，建立適用于電壓暫降源識別的模糊推理模型，提出了基于Mamdani型模糊推理的電壓暫降源識別方法。從分析

32、得出的三種不同的暫降現(xiàn)象的特點，建立輸入輸出關系。利用大量PSCAD仿真結合Matlab編程，實現(xiàn)暫降源的識別分類。</p><p>　　第二章 電壓暫降檢測算法</p><p>　　一般情況下，用來描述電壓暫降特征的參數(shù)主要有三個：一是電壓暫降的幅值，即電壓發(fā)生突然下降后的電壓幅值大小，常用電壓暫降幅值()來表示，其中指暫降前的電壓有效值，表示電壓暫降時的有效值，發(fā)生不對稱電壓暫降時，指

33、電壓基波正序分量的有效值。二是電壓暫降時的相位跳變，指電壓暫降前后相位角的變化，不對稱電壓暫降時，指電壓基波正序分量的相角變化；三是電壓暫降起止時刻，即電壓暫降的持續(xù)時間。</p><p>　　已有的電壓暫降檢測算法大致可分為兩種情況：只能進行幅值檢測；能夠同時檢測幅值和相位跳變。</p><p><b>　　2．1．幅值檢測</b></p><p

34、>　　2．1．1有效值計算法</p><p>　　電壓瞬間跌落是指供電電壓有效值在短時間突然下降的變化情況，有效值計算的方法可衡量電壓的瞬間跌落程度。</p><p>　　已知，連續(xù)電壓周期信號v(t)的有效值定義為：</p><p>　　= 2-1</p><p>　　其中T為信號的周期。

35、</p><p>　　對信號進行數(shù)字化處理后，積分運算可采用下面的求和運算實現(xiàn)：</p><p>　　= 2-2</p><p>　　式中N為一個或半個周期的總的采樣點數(shù)。</p><p>　　有效值的計算常采用滑動平均值法。當采集到新的樣本點時，順序將最早采集的樣本點去除，然后用一個周期的滑動平

36、均值法進行方根運算即可求出一個新的有效值。</p><p>　　采用的數(shù)據(jù)可以為一個周期或半個周期。這種歷史數(shù)據(jù)會使暫降幅值產(chǎn)生一個或半個周期的過渡時間。半周期計算方法只能取半個周期的整數(shù)倍的采樣數(shù)據(jù)量，否則將受到頻移振蕩分量影響。這種有效值計算法實時性較差，但計算簡單，幅值精度也可以滿足工程上的需要。</p><p>　　2．1．2基波分量法</p><p>　　

37、以時間t為自變量的基波電壓的計算公式為</p><p><b>　　2-3</b></p><p>　　式中,To為基波周期。</p><p>　　電壓的基波分量可利用FFT進行計算，其變化特性與整周期有效值計算結果非常相似。若要快速得到電壓的變化，則可利用半個周期的電壓采樣值虛構一個周期的數(shù)據(jù)序列進行付氏變換，從而得到基波電壓。從半個周期數(shù)據(jù)

38、獲取基波分量的方法顯然要求電壓對稱，否則將使計算結果產(chǎn)生誤差。</p><p>　　2．1．3峰值電壓法</p><p>　　峰值電壓是時間t的函數(shù)，公式為</p><p><b>　　2-4</b></p><p>　　式中u（t）是采樣電壓波形，O<t<T，T為半個周期的整數(shù)倍。</p>&

39、lt;p>　　電壓峰值檢測方法檢測到的暫降幅值有較大變化，與實際值相比多數(shù)情況下偏大。</p><p>　　2．1．4基于無功功率理論的dq0變換</p><p>　　對ABC三相電壓進行park變換</p><p>　　式中= 2-5</p><p>　　將ABC坐標系下三相電壓轉換成dq0坐標系下的相應分量。經(jīng)過par

40、k變換后，ABC坐標系下的基波分量對應與D坐標系下的直流分量，通過濾波將直流分量提出，再進行park反變換：</p><p>　　= 2-6</p><p>　　這種方法可以實時檢測電壓幅值，但只適用于三相對稱擾動，也不能檢測相位跳變。</p><p><b>　　2．1．5小波分析</b></p><p>

41、;　　小波分析可在時頻局部化，而且時窗和頻窗寬度可調(diào)節(jié)，故可以檢測到突變信號。當取小波母函數(shù)為平滑函數(shù)的一階導數(shù)時，信號的小波變換模在信號的突變點取得局部極大值；在多尺度小波分析時，隨著尺度的增大，故障引起的小波變換模的極大值得以顯露，故小波分析也可用來檢測電壓的跌落信號。在小波的基礎上又引進了小波包，其均等劃分頻帶的特性使特征量的呈現(xiàn)更加明顯，它只需提取與特征向量有關的頻帶信息，就可以得到信號的特征描述。通過對概貌系數(shù)的分析，就可以準

42、確提取電壓跌落幅值，細節(jié)系數(shù)體現(xiàn)的奇異性特征的兩點即為電壓跌落發(fā)生和結束時刻，從而得到暫降的持續(xù)時間。</p><p>　　但小波的應用比較復雜，可概括為以下幾點：</p><p>　　1．小波函數(shù)的選取直接影響檢測結果，如果選取不當會使其產(chǎn)生很大誤差甚至錯誤；2．小波變換對各類噪聲和微弱信號的識別都非常敏感，故在實際應用中必須和其他有效的去噪方法相結合，因此實現(xiàn)起來比較復雜；3．小波變換

43、得出的檢測信號難以迅速被識別，而且要實時使用復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡進行識別也是不可能的；4．很多母小波還會有延時。多分辨率實小波分析不能檢測相位跳變。</p><p>　　2．2同時檢測電壓暫降幅值與相位跳變</p><p>　　2.2.1單相電壓變換平均值法</p><p>　　電壓暫降幅值的求解，也可采用如下的單相電壓變換平均值法。</p><p&g

44、t;<b>　　設電壓信號為</b></p><p><b>　　=，式中</b></p><p>　　設和是與暫降前電壓同相位的正、余弦信號，則可得</p><p><b>　　2-7</b></p><p><b>　　還可寫成</b></p&g

45、t;<p><b>　　2-8</b></p><p>　　對以上兩個新信號取基波半個周期(或其整數(shù)倍)的平均值，則可由、的平均值求出Y、X，從而得到暫降幅值為，相位跳變?yōu)椤?lt;/p><p>　　但這種方法至少有半個周期的延時。</p><p>　　2．2.2傅立葉算法</p><p>　　采用電壓基波分量

46、幅值監(jiān)測系統(tǒng)中是否發(fā)生了電壓暫降。這種方法能夠算出系統(tǒng)電壓幅值，而且能夠算出電壓暫降中是否發(fā)生了相移。</p><p>　　傅里葉算法有如下不足之處：</p><p>　　1由于三角函數(shù)填滿空間的本性，它在物理空間是雙向無限延伸的正弦波，因此Fourier變換是先天非局限的，它對信號中的任何局部信息的處理都是相同的；</p><p>　　2為了從信號中提取譜信息用鋤

47、就要取無限的時間量，使用過去與將來的信號信息只為了計算單個頻率的頻譜，不能反映隨時間變化的頻率。</p><p>　　3當信號只在某一局部變化時，會影響到每一個譜值的變化，從而使局部化特征平淡化。電壓暫降實際上是電壓隨時間變化的非周期性質的暫態(tài)信號，這與Fourier變換的基本定義是相悖的。</p><p>　　根據(jù)采樣定理，為了防止頻譜混疊和頻譜泄露，傅立葉算法所用的數(shù)據(jù)窗長度為信號周期

48、的整數(shù)倍。同時，計算的幅值也有一個周期的延遲，不能及時準確給出相移大小。</p><p>　　2．2．3缺損電壓法</p><p>　　缺損電壓定義為期望的順勢電壓和實際的瞬時電壓之間的差值。期望的瞬時電壓可通過對事件發(fā)生之前的電壓進行外推得到，類似于鎖相環(huán)(PLL)法。將期望的瞬時電壓設為，受擾動的波形為，任一瞬時電壓為=-。</p><p>　　由三角函數(shù)的特性

49、可知，兩個正弦波的和或差為另一個可能具有不同相位的正弦波，因此，只要暫降電壓波形為正弦波，缺損電壓也將為正弦波。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　= 2-9</p><p>　　設兩電c壓頻率相同，則可以表示為，為缺損電壓。</p><p>　　瞬時電壓波形

50、稱為“PLL波形"，寫作。被擾動的波形稱為，任一瞬時的缺損電壓為:</p><p>　　=- 2-10</p><p>　　由三角函數(shù)的特性可知，只要兩個正弦波的頻率相同，則它們之間的和或差為另一個可能具有不同相位的正弦波，因側，只要瞬間跌落電壓波形為正弦波，則缺損電壓也將為正弦波。</p><p>　　令

51、 =</p><p>　　= 2-11</p><p>　　式中A，B和、分別是PLL電壓和瞬時跌落電壓的幅值和相角。表示為</p><p><b>　　2-12</b></p><p>　　式中

52、 2-13</p><p>　　故要得到缺損電壓值，必須先得到故障發(fā)生前的瞬時電壓值。但是對于離線的電壓補償裝置，仍然需要計算有效值或直接用上式判斷暫降事件是否發(fā)生，同樣會產(chǎn)生延遲。</p><p>　　2．2．4瞬時電壓如分解法</p><p>　　將ABC坐標下的系統(tǒng)三相電壓變換到d-q，坐標系下：基波正序分量變?yōu)橹绷鞣至?，負序分量變?yōu)槎沃C

53、波分量，零序分量仍為零?？紤]到三相三線制電路的特點，以單相電源為參考電壓可構造一個虛擬的三相系統(tǒng)，即以A相電壓為參考，將其延時，可得，然后由，可算出、，將三相電壓變換到d-q軸</p><p><b>　　2-14</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　變換陣C中的和是擾動前A相電壓相位的正

54、、余弦信號。將變換后d、q分量電壓中直流成分和提取出來，可測得：</p><p><b>　　2-15</b></p><p>　　其中以為暫降幅值，為相位跳變角。</p><p>　　由于和是通過實測(計算、濾波等方法)獲得，由上兩式即可求出暫降幅值和跳變角為</p><p>　　=，或 2-16</p>

55、;<p>　　提取直流分量有不同的方法：低通濾波法和平均值法。在低通濾波法中，將dq變換結果通過低通濾波器（LPF)進行直流分量的提取；在平均值法中，釆用將若干個dq變換結果進行平均的方法進行直流分量的提取。平均值法中參與計算的點 數(shù)不受基波頻率半個周期（或其整數(shù)倍〉的限制，但其點數(shù)的選取及低通濾波法中LPF的設計，應當考慮屏蔽掉非暫降擾動的影響及檢測方法的動態(tài)特性。</p><p>　　采用低通濾

56、波會使數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定時間的延時，平均值法也會相應的產(chǎn)生最短半個周期的延遲。</p><p>　　2.2.5單相d-q坐標變換檢測方法</p><p>　　電壓向量U在靜止坐標系的兩個坐標軸上的投影分別為和即為電壓的瞬時值。d-q旋轉坐標系相對于靜止坐標系以角速度旋轉，則電壓向量U與d-q旋轉坐標系同步旋轉，其在d-q旋轉坐標系的投影分別為，將、變換到d-q坐標系(見圖4-1)的算法如下<

57、;/p><p><b>　　2-17</b></p><p>　　圖4-l 坐標系和d-q坐標系間的變換</p><p>　　和可以根據(jù)實測的單相電壓來構造，即，將超前的向量作為當前分量，然后再進行d-q變換，再通過低通濾波得到直流分量，從而得到基波電壓的幅值和相位跳變：</p><p><b>　　2-18<

58、;/b></p><p>　　即得到電壓暫降的幅值和相移的特征量，且這種方法計算量較少，但由于和構造不同時，實時性不夠好且容易引起短時擾動，影響精度。</p><p>　　第三章 電壓暫降的仿真</p><p>　　3.1有效值計算法仿真</p><p>　　利用MATLAB仿真，程序為：</p><p><

59、;b>　　正周期法計算</b></p><p>　　t=0:0.0002:0.2</p><p>　　y=cos(100*pi*t);</p><p>　　y1=0.5*cos(100*pi*t);</p><p>　　y(200:600)=y1(200:600);</p><p>　　for i=1

60、:1:901;</p><p>　　u(i)=sqrt(sum(y(i:i+99).^2)/100)</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　plot(u)</b></p><p>　　xlable('采樣點數(shù)');</p><p&

61、gt;　　ylable('u');</p><p>　　圖 3.1(a)是一典型電壓暫降波形，暫降幅值是50%。持續(xù)時間大約三個周波圖 (b)是數(shù)據(jù)窗采用一個周波的電壓暫降有效值計算結果。由圖中的可以看出：在電壓暫降值達到0.5 之前，圖3.1 (b)有一個周期的過渡時間，同樣在暫降終止之前也有一個周期的過渡時間。過渡時間是由于滑動平均值法中近一個周期的“歷史”數(shù)據(jù)所引起的。因此，如果僅從均方根值

62、判斷，則電壓暫降持續(xù)時間約為四個周波，與實際持續(xù)時間相比約有一個周波的誤差。同時，均方根值計算結果也不能明確地給出電壓暫降起止時刻，更無法給出電壓暫降發(fā)生時可能出現(xiàn)的相位跳變的大小。</p><p>　　(a) 電壓暫降波形</p><p>　　(b) 正周期法計算結果</p><p>　　圖3.1 電壓暫降波形及有效值計算結果</p><p&g

63、t;　　為了提高實時性，可以采用半個周期的采樣數(shù)據(jù)進行滑動平均處理，如圖3.2所示，此時，與正周期法相比所有的延遲時間減半，但僅此而已，半周期法仍然存在上述正周期法的不足。</p><p><b>　　半周期法計算</b></p><p>　　t=0:0.0002:0.2</p><p>　　y=cos(100*pi*t);</p>

64、<p>　　y1=0.5*cos(100*pi*t);</p><p>　　y(200:600)=y1(200:600);</p><p>　　for i=1:1:901;</p><p>　　u(i)=sqrt(sum(y(i:i+49).^2)/100)</p><p><b>　　end</b><

65、;/p><p><b>　　plot(u)</b></p><p>　　xlable('采樣點數(shù)');</p><p>　　ylable('u');</p><p>　　圖4.2 電壓暫降波形及有效值計算半周期結果 </p><p><b>　　第五章

66、結論</b></p><p>　　隨著科技不斷進步，尤其是現(xiàn)代電子技術的迅速發(fā)展，隨之而來的是越來越多復雜、精密的儀器和設備進入人們的生活，因此，電能質量問題所帶來的影響也就引起更多人的關注。其中電壓暫降問題占很大的比重。能夠更好的預防和治理電壓暫降將帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。</p><p>　　電壓暫降以其對敏感負荷巨大的危害性，在國際上引起了廣泛的關注，許多發(fā)達國家對一些

67、動態(tài)電能質量問題如電壓暫降進行了多年的監(jiān)測，為抑制和改善電能質量獲取了直接的信息；而我國在這方面的工作做得還很不夠。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電壓暫降已經(jīng)并將越來越會成為一個影響用戶電能質量與經(jīng)濟發(fā)展的嚴重問題，因此，盡快在我國開展電壓暫降的監(jiān)測和其它工作是非常必要的。電壓暫降檢測是其中的一個重要方面，是進行補償?shù)幕A和前提。</p><p>　　相對于其它的電能質量檢測方法，電壓暫降的檢測實時性要求高，涉及到

68、暫降幅值、起止時刻和相位跳變角，對檢測算法的要求較高，目前的檢測方法都或多或少有這樣那樣的不足。因此，對電壓暫降檢測方法進行研究具有重要的理論意義和實際意義。</p><p>　　本文系統(tǒng)地闡述了電壓暫降的檢測傳統(tǒng)方法，包括有效值計算法、基波分量法、峰值電壓法、基于無功理論的dq0變換法、小波分析法、單相電壓變換平均值法、傅里葉算法、缺損電壓法、瞬時d-q 變換法、和單相d-q坐標變換法等，并對其中一些方法進行了

69、仿真。 </p><p>　　有效值計算法、基波分量法、峰值電壓法、基于無功理論的dq0變換法、小波分析法只能用于檢測電壓暫降的幅值。有效值計算法實時性較差，但計算簡單，幅值精度也可以滿足工程上的需要。從半個周期數(shù)據(jù)獲取基波分量的方法顯然要求電壓對稱，否則將使計算結果產(chǎn)生誤差。電壓峰值檢測方法檢測到的暫降幅值有較大變化，與實際值相比多數(shù)情況下偏大?；跓o功功率理論的dq0變換法可以實時檢測電壓幅值，

70、但只適用于三相對稱擾動，也不能檢測相位跳變。</p><p>　　單相電壓變換平均值法、傅里葉算法、缺損電壓法、瞬時d-q 變換法、和單相d-q坐標變換法可以同時檢測電壓暫降幅值與相位跳變。單相電壓變換平均值法至少有半個周期的延時。傅立葉算法計算的幅值也有一個周期的延遲，不能及時準確給出相移大小。在缺損電壓法中，要得到缺損電壓值，必須先得到故障發(fā)生前的瞬時電壓值。但是對于離線的電壓補償裝置，仍然需要計算有效值或直

71、接用上式判斷暫降事件是否發(fā)生，同樣會產(chǎn)生延遲。瞬時d-q變換法能同時檢測電壓暫降的幅值和相位跳變但無法檢測電壓暫降的起止時刻。單相d-q坐標變換方法實時性不夠好且容易引起短時擾動，影響精度。</p><p>　　因此，每一種傳統(tǒng)方法中都有些許不足，這些方法只是簡單的檢測電壓暫降的方法，對電壓暫降信號的處理只是應用研究的初步，尚需進一步理論探討和研究。</p><p><b>　　

72、參考文獻</b></p><p>　　[1] 肖湘寧. 電能質量分析與控制. 北京：中國電力出版社, 2004，114-162 </p><p>　　[2] Melhorn C J, Davis T D, Beam G E. Voltage sags：their impact on the utility and</p><p>　　industrial

73、 customers. IEEE Transactions on iIndustry Applications,1998,34(3):549-558</p><p>　　[3] N S Tunaboylu, E R Collins, JR PR Chaney. Voltage disturbance evaluation</p><p>　　using the missing voltag

74、e technique. Proceedings of 8th InternationalConference on Harmonics and Quality of Power. Athens Greece,1998: 577-582</p><p>　　[4] 王晶, 束洪春, 陳學允. 小波變換電力系統(tǒng)工學應用綜述. 電網(wǎng)技術，2003， 27(6)：52-63</p><p>　　

75、[5] 劉連光，賈文雙，肖湘寧等. 用小波變換和有效值算法實現(xiàn)電壓凹陷的準確測量. 電力系統(tǒng)自動化，2003，27(11)：30-32</p><p>　　[6] 馬振國，李鵬，楊以涵等. 基于小波多分辨率分析法的電能質量檢測. 華北</p><p>　　電力大學學報，2003，30(3)：13-14</p><p>　　[7] 熊玲玲，劉會金，傅志偉. 基于小波包

76、變換的電壓驟降信號分析. 繼電器，</p><p>　　2004，32(11)：8-12</p><p>　　[8] 肖湘寧,徐永海,劉昊. 電壓凹陷特征量檢測算法研究. 電力自動化設備，2002，22(1)：19-22</p><p>　　[9] 楊亞飛;顏湘武;婁堯林一種新的電壓驟降特征量檢測方法[期刊論文]-電力系統(tǒng)自動化 2004(04)</p>

77、<p>　　[10] 肖湘寧主編.電能質量分析與控制. 第一版. 北京: 中國電力出版社, 2004</p><p>　　[11] 肖湘寧徐永海劉昊. 電壓凹陷特征量檢測算法研究. 電力自動化設備, 2002, 22(1): 19 22</p><p><b>　　英文文獻</b></p><p>　　ENERGY SYSTEMS

78、 AND ELECTRICAL NETWORKS</p><p>　　TECHNICAL STATE OF BASIC EQUIPMENT</p><p>　　OF SUBSTATIONS AND OVERHEAD TRANSMISSION LINES</p><p>　　AND MEASURES FOR RAISING THEIR RELIABILITY</

79、p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　A brief description of the state of basic equipment employed in 110 – 750-kV power networks is presented. Problems arising in operation of this equipmen

80、t are outlined and recommendations on improving its reliability are made. Transformer equipment, high-voltage circuit breakers, disconnectors, measuring transformers, nonlinear overvoltage suppressors, and transmission l

81、ines are considered.</p><p>　　Keywords: transformer equipment; high-voltage circuit breakers; disconnectors,;measuring transformers; overvoltage suppressors; transmission lines; service life.</p><

82、p>　　The existing 110 – 750-kV power networks have been created in the Soviet Union and are now experiencing the following problems:</p><p>　　— a large volume of time-worn electric equipment at substations

83、;</p><p>　　— poor controllability of the network and inadequate volume of devices for voltage control;</p><p>　　— low design reliability of the active transmission lines;</p><p>　　—

84、 outdated design of overhead lines;</p><p>　　— use of some outdated technologies and kinds of network equipment and control systems;</p><p>　　— low level of automation of network objects and abs

85、ence of fully automated substations;</p><p>　　— inadequate performance specification and maintenance of network facilities;</p><p>　　— high operating costs.</p><p>　　A great part of

86、 the installed equipment has exhausted standardized minimum service life. It should be noted that different kinds of equipment have different load-lives. On the average, the substation equipment has been worn out by abou

87、t 40%. Requirements on reliability of the base facilities are standardized only in GOST 687–78 for ac circuit breakers rated for over 1000 V. The GOST 687–78 State Standard also includes requirements on the mechanical li

88、fe evaluated in terms of parameter N specifie</p><p>　　Transformer equipment. </p><p>　　Transformers, autotransformers (AT), and shunting reactors are reliable facilities at substations. The rel

89、atively high level of quality of large transformers has been ensured in the USSR by strict specialization of producers. All large transformers have been produced by the Zaporozh’ye Transformer Plant (ZTZ). Transformers f

90、or the Russian power industry are produced by the Moscow Electric Plant (MÉZ). Operational experience shows that power transformers produced in the USSR and in the Russian Fe</p><p>　　About 30% of the t

91、ransformer equipment have served for over 25 years, and in 2005 about half of the transformers will serve for more that 25 years. Without allowance for the damage of terminals, hard damage of transformers produced prior

92、to 1970 amounts to 1%; for transformers produced later it amounts to about 0.2%. An analysis made in the last five years shows that the specific annual damageability of transformers is 0.45%. This kind of damage is for t

93、he most part severe and is accompanied by </p><p>　　Modern autotransformers have an efficiency exceeding 99.5% (in 500- and 750-kV AT the efficiency exceeds 99.7%) and very low damageability. The following m

94、easures are taken in order to raise the reliability of transformer equipment: — use of more reliable bushings, bushings with solid insulation produced by the Khotkovo Plant in cooperation with the ABB Company, bushings p

95、roduced by the “Izolyator” Plant, and imported Micafil bushings, now used seldom because of the high cost; — use of more re</p><p>　　High-voltage 110 – 750-kV circuit breakers. </p><p>　　The n

96、ational (all-Russian) power network employs over 30,000 circuit breakers rated for from 110 to 750 kV of which 80.5% are 110-kV breakers, 15.2% are 220-kV breakers, 1.2% are 330-kV breakers, 3% are 500-kV breakers, and 0

97、.1% are 750-kV breakers. Over 50% of the installed circuit breakers are tank-type oil switches rated for the voltage of 110 and 220 kV (58% are rated for 110 kV and 45% are rated for 220 kV).</p><p>　　From t

98、he 1930s to the 1980s tank-type oil switches (MKP and U) have been produced by the Uralélektroapparat Plant and then by the Uralélektrotyazhmash Production Association. Live-tank circuit breakers for 110 and 22

99、0 kV constitute 24.3% of the total number of installed breakers (27% 110-Kv and 17% 220-kV). These are VMT-110 and VMT-220 circuit breakers produced by Uralélektrotyazhmash (UÉTM), MMO-110 Bulgarian circuit bre

100、akers, and a small number circuit breakers imported from ASEA and other fo</p><p>　　Until 1996 Russian power systems had single SF6 circuit breakers in pilot operation. In 1997 it was decided to equip newly

101、erected and reconditioned 330- and 750-kV substations of the RAO “EÉS Rossii” Co. with SF6 circuit breakers. The number of such breakers increased progressively and now amounts to 4%.SF6 column-type and tank-type ci

102、rcuit breakers are supplied by UÉTM (primarily 110-kV breakers with breaking current of up to 40 kA), by the Power Mechanical Plant (110- and 220-kV tank-type bre</p><p>　　The worst reliability is repor

103、ted for the following kinds of circuit breakers: 0.100 per year for MMO-110 (Bulgaria), 0.111 per year for VVB-110, 0.134 per year for VVN-220, 0.129 per year for VVN-330, 0.242 per year for VVBK-500, and 0.065 per year

104、for VV(M)-500. These switches do not meet the requirements of modern standards, including the parameters of reliability, switching and mechanical lives, repair volume, mass, and size. Domestic circuit breakers are known

105、to be damaged for the followin</p><p>　　— design drawbacks;</p><p>　　— defects due to low quality of materials;</p><p>　　— production defects;</p><p>　　— performance an

106、d maintenance failures;</p><p>　　— presence of shunting reactors and capacitor banks in circuits for which the breakers are unsuitable;</p><p>　　— operation under conditions of short-circuit cur

107、rents and recovery voltages exceeding the rated values.</p><p>　　Problems with switching of reactor connections deserve special notice. According to the performance specification reactors can be switched sev

108、eral times a day, which requires a high mechanical strength of the circuit breaker. When a circuit breaker is switched off, overvoltages appear at its contacts. Since the GOST 687–78 State Standard does not specify the m