李芳芳（河北省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗院，河北石家莊，050071）

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電能質(zhì)量分析與參數(shù)估計的研究方法現(xiàn)狀探討

李芳芳
（河北省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗院，河北石家莊，050071）

摘要：當(dāng)前全球?qū)Ω哔|(zhì)量電能的需要越來越迫切，為此各個國家必須針對電能質(zhì)量展開全面分析，并研究得到合適方法解決該問題。本文首先將介紹電能信號特征提取方式，其中主要包括小波變化與S變換。其后再針對上述提出的兩種方式，進(jìn)一步分析電能質(zhì)量擾動參數(shù)。望本文研究的內(nèi)容能夠幫助相關(guān)學(xué)者加強對電能質(zhì)量分析以及參數(shù)估計方面的研究，保證電能處于高質(zhì)量狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量分析；參數(shù)估計；研究方式

0 引言

當(dāng)前全球化都屬于信息時代，與電能質(zhì)量相關(guān)的問題也越來越多。這些問題不僅僅包括傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題，同時也存在大量可靠性問題。當(dāng)前許多波動性、沖擊性與非線性負(fù)荷正在逐漸上漲，使電能質(zhì)量問題逐漸惡化；同時現(xiàn)代使用的控制、管理與測量系統(tǒng)都需要電力供應(yīng)有更強的可靠性以及靈活性等。從電力市場條件的角度來說，電能質(zhì)量的好壞將直接作用到用電、供電以及發(fā)現(xiàn)等三個不同方面。所以為進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性以及安全性，必須開展電能質(zhì)量的完善工作。

1 電能信號特征提取方法

特征量最根本的作用即為對電能信號做進(jìn)一步描述，同時各種特征提取方式也有著其本身獨具的特征，進(jìn)而使最后提取得到的特征量也存在區(qū)別。

1.1 小波變換

這里提出的小波變換屬于一種多尺度分析方式，其不單能夠表現(xiàn)出整個信號轉(zhuǎn)變的過程，同時還能夠突出重要的局部特征，所以更適合使用在對不穩(wěn)定信號以及突變信號的分析過程中。根據(jù)該方式提取得到的信號特征普遍都在小波分解系數(shù)以及尺度分解系數(shù)內(nèi)。尺度分解系數(shù)進(jìn)一步表現(xiàn)出信號波形對應(yīng)的特征，而小波分解系數(shù)則更多的表現(xiàn)出局部細(xì)節(jié)。

根據(jù)小波變換發(fā)現(xiàn)信號奇異點的根本原理為：在平滑函數(shù)內(nèi)選擇一個一階導(dǎo)數(shù)，將該倒數(shù)作為小波基，那么小波分解系數(shù)對應(yīng)的規(guī)模極大值必然也直接等于信號突變點。上述內(nèi)容則是通過小波變換展開電能質(zhì)量擾動檢測與定位的根本方式。

1.2 S變換

S變換屬于一種可逆的局部時頻分析方式，使用的根本原理則是建立在傅里葉變換以及連續(xù)小波變化的基礎(chǔ)上。S變換之中存在的高斯窗口將以頻率變化的幅度隨之展開變化，因此相較于其他方法來說，頻率分辨率更高。在大多數(shù)環(huán)境下，可以通過獨立分析信號頻率分量復(fù)制轉(zhuǎn)變規(guī)律的方式，來達(dá)到研究目的。S變換普遍能夠?qū)﹄妷褐袛?、下跌以及上升展開具體研究。根據(jù)S變換完成以后的結(jié)構(gòu)普遍為一種2維矩陣，而其中也具備有對應(yīng)信號特征。其中矩陣內(nèi)元素應(yīng)該直接與賦值相對應(yīng)，行與頻率值相對應(yīng)，列則是與時間采點相對應(yīng)。

1.3 Hilbert-Huang transform變換——HHT變換

HHT變換可以理解為是一種運用與非平衡信號分析中的時頻措施，其構(gòu)成主要包括經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法EMD及Hilbert變換兩大部分。在實際運作過程中，促使信號通過EMD處理行為獲取一個具備局限性數(shù)量的固有模態(tài)函數(shù)IMF，隨后針對該函數(shù)進(jìn)行HT，進(jìn)而在精準(zhǔn)及定量的刻畫行為下獲取瞬時幅值及頻率，從而獲取信號突變時間、多樣化頻率分量以及幅值的程度，通過上述行為對電壓上升、下降、諧波、波動以及間諧波等內(nèi)容進(jìn)行分析。正常情況下，HHT變化可以針對性是吸納分辨率分析措施，能夠避免小波變換過程中出現(xiàn)的小波基選擇障礙，根據(jù)信號自身的尺度及相關(guān)特征實現(xiàn)信號分解措施，整體展現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)化局部適應(yīng)能力。通過針對性的分析行為了解到，這種局部的適應(yīng)能力主要源于IMF，而該內(nèi)容主要產(chǎn)生于信號極值處理行為，一般在多次重復(fù)性行為中才能產(chǎn)生。

1.4 dq變換及Prong分析法

dq變換應(yīng)用過程中的主要原理在于針對abc三相電壓實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，并安置在dq左邊之下，從而獲取dq軸電壓。其中特征量的數(shù)值由dq軸電壓實際平方和得來：當(dāng)沒有擾動出現(xiàn)的額時候，特征量始終處于恒定；當(dāng)出現(xiàn)擾動之后，特征量也會隨之出現(xiàn)波動，需要注意的是特征量及標(biāo)準(zhǔn)值間會產(chǎn)生一定差值，而該差值的絕對值必須大于門檻值。而dq變換的仿真結(jié)果顯示：基于信號奇異點而言，特征量具備瞬時突變這一特性，并且信號奇異性所展現(xiàn)出的銘感度在S變換之上。相對上述三種變換方式而言，dq變換的運算量非常小，實際運用的可能性較大。但該方法仍存在缺點，dq變換的移相滯后環(huán)節(jié)在實現(xiàn)信號跟蹤措施的過程中，無法實現(xiàn)實時動態(tài)跟蹤，需要時間來反應(yīng)。

從本質(zhì)上而言，Prong分析法主要指運用系列性指數(shù)衰減出現(xiàn)的正弦波中線性組合，實現(xiàn)信號擬合行為，主要應(yīng)用范圍在于部分存在指數(shù)衰減特性的擾動現(xiàn)象，譬如振蕩暫態(tài)。在獲取正弦波參數(shù)之后，針對性獲得信號不同頻率間的相角信息及幅值變化。而該方法額缺點在于所使用的運算時間過長，實現(xiàn)的可能性不大，往往應(yīng)用與離線分析行為。

2 電能質(zhì)量擾動的參數(shù)估計

參數(shù)估計是當(dāng)前針對電能質(zhì)量擾動實現(xiàn)相應(yīng)的定量分析的重要前提。目前我國現(xiàn)有的擾動闡述估計行為主要是國際標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)行為下的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題為主題，實際采用方式將快速傅里葉轉(zhuǎn)換為重心。不過隨著現(xiàn)代化信息時代中的電能質(zhì)量方面的現(xiàn)狀問題所接受的重視度不斷增加，促使暫態(tài)擾動問題的評估行為被重視。筆者針對性總結(jié)上文中所闡述方式下產(chǎn)生的擾動參數(shù)估計進(jìn)行分析。分析內(nèi)容如下：第一小波變換，該方面實際運算量非常龐大，其主要采取小波變換措施后，在經(jīng)由系統(tǒng)性的計算擾動信號之后獲得相應(yīng)的有效值，并基于這一有效值將擾動變換幅度計算出來。而db1小波現(xiàn)存的六尺度低頻系統(tǒng)在信號基波幅值方面呈現(xiàn)正相關(guān)，從而分析出電壓可出現(xiàn)的上升、中斷及下降。上述系數(shù)中超出或趨向正常狀態(tài)下的時間可以稱作是擾動的起止世界，經(jīng)由上述系數(shù)實際變化情況從中可以針對性了解到信號實際變化情況，db24小波介意對當(dāng)前振蕩暫態(tài)中的振蕩幅度明確下來，最后經(jīng)由附屬小波可以清楚的了解電壓上升、中斷或下降等情況下的變化現(xiàn)狀，實際精確程度相較于實數(shù)小波而言較高。第二S變換，針對仿真結(jié)果而言，S變換矩陣相較于額定頻率實際對應(yīng)行向量實際突變信號不具備顯著性，所以無法明確的將擾動起止及基波幅值變化明確的變現(xiàn)出來，因此導(dǎo)致在對電壓上升、中斷 及下降等變化過程中的估計行為產(chǎn)生一定的差異性，不過該方式能夠很好的對電壓波動值進(jìn)行針對性的反應(yīng)，不同頻率下的行向量所展現(xiàn)的平均值可以很好的將信號頻譜結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來，從而了解到諧波、振蕩暫態(tài)下的頻譜；第三HHT變換，與上述兩種方式相似點在于其運算量同樣龐大，其主要運用特征量IMF以及Hilbert轉(zhuǎn)百年中存在瞬時頻率及幅度從而了解到電壓上升及下降過程中出現(xiàn)的起止時刻及變化情況、振蕩暫態(tài)中蘊含的振蕩頻率、間諧波及諧波所展現(xiàn)的頻率、幅值以及起止時刻等；第四dq變換，該變換方式具備運算量小、因延時現(xiàn)象導(dǎo)致實時性受到嚴(yán)重影響，其主要采取dq兩相電量的實際平方和實現(xiàn)對電壓上升、中斷、下降、諧波起止時刻進(jìn)行確定，并且能夠針對性獲取電壓在上升、中斷及下降過程中的實際變化幅度；運用dq兩相電量比值間產(chǎn)生的反正切值，能夠?qū)ο辔惶冋宫F(xiàn)出的相角變化進(jìn)行展現(xiàn)；第五Prong分析法，該方式往往用于振蕩暫態(tài)、電壓上升起止時刻、諧波或是電壓下降等擾動情況。從上述分析內(nèi)容可以了解到，不同方式所得到估計的范圍存在差異性，小波變換、HHT變換及S變化方式都是屬于非常全方位式的擾動參數(shù)估計方式。另外針對文章中所闡述的方式而言，若采取dq變換方式進(jìn)行實際的參數(shù)估計，那么對于擾動起止時刻以及電壓上升、中斷及下降的變化中，所要實施的運算量較小。就目前分析而言，相較于其他筆者未分析的方式而言，小波變換、HHT變化以及S變換方式在諧波及震蕩暫態(tài)估計層面的分析措施具備洋相的全面性。

3 結(jié)語

綜上所述，為了進(jìn)一步確保電力系統(tǒng)所具備的可靠性、經(jīng)濟性、安全性以及使用者的用電利益，實施針對性的電能質(zhì)量完善及整修行為。從中得到高質(zhì)量電能已經(jīng)漸漸成為一種優(yōu)質(zhì)化發(fā)展趨勢。不過在分析電能質(zhì)量分析及檢測的過程中進(jìn)一步了解并掌握了如何整修或?qū)ふ译娔苜|(zhì)量問題，從中獲取精準(zhǔn)性的電能質(zhì)量分析具體化方式，而fail行為具備極其重要的實際性含義。對于多樣化的擾動參數(shù)估計方式而言，隨著分類方式及其識別措施所具備的高精準(zhǔn)性實現(xiàn)擾動方式的區(qū)別。充分性結(jié)合多種分類方式，同時結(jié)合不同方式中的實時性、精準(zhǔn)性及簡介性是未來電能質(zhì)量擾動方式研究的重要方向。

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Study on current situation of the analysis of electrical energy quality a nd research methods of parameter estimation

Li Fangfang
（Electronic Information Products Supervision & Inspection Institute of Hebei Province，Hebei Shijiazhuang，050071）

Abstract：Presently，the need for electrical energy with high quality has become more and more urgent in th e world，so all the countries must analyze the quality of electrical energy comprehensively and find appropr iate methods to solve this problem.At first， this paper will introduce extraction methods of electricity si gnal features，mainly including wavelet change and s transform.And then it will further analyze disturbance parameters of electrical energy quality based on the above two mentioned ways. This research contents are h oped to help relevant scholars to strengthen the analysis of electrical energy quality and studies on param eter estimation，so the electrical energy can be ensured to at a high-quality level.

Keywords：analysis of electrical energy quality； parameter estimation；research methods