王 薪

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司黃岡供電公司，湖北 黃岡 438000）

0 引 言

現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)以往復(fù)能量交換的方式進(jìn)行運(yùn)行。這種運(yùn)行方式可以在極大限度上提高供電的質(zhì)量，但也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成威脅[1]。在進(jìn)行廣域傳播的過(guò)程中，擾動(dòng)源為電能質(zhì)量的影響也越發(fā)明顯[2-3]。在電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位研究中，欒某德等人提出一種以模型響應(yīng)功率譜密度預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位法，該方法能在大多數(shù)情況下準(zhǔn)確定位電能質(zhì)量擾動(dòng)源，但當(dāng)擾動(dòng)源分布在電力系統(tǒng)的異側(cè)時(shí)，結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)降低[4]；徐方維等人提出一種以正序分量相位差為基礎(chǔ)的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法，該方法同樣存在電力系統(tǒng)異側(cè)分布擾動(dòng)源定位性能較低的問(wèn)題[5]；孟慶偉等人提出一種以上游正序參數(shù)比較為基礎(chǔ)的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法，該方法的定位性能不受擾動(dòng)源電力系統(tǒng)異側(cè)分布的影響，但是當(dāng)電力系統(tǒng)存在擾動(dòng)源時(shí)，其定位的準(zhǔn)確性會(huì)下降[6]。因此，對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)時(shí)，保障其能夠適應(yīng)不同工況環(huán)境是必要條件之一[7]。文章提出基于超窄帶通信與小波變換的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法研究，通過(guò)對(duì)比測(cè)試方式分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法在不同運(yùn)行工況下性能。

1 電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法設(shè)計(jì)

1.1 電能超窄帶通信信號(hào)解調(diào)

在定位電能質(zhì)量擾動(dòng)源之前，需要考慮新型電力系統(tǒng)在進(jìn)行電能傳輸?shù)倪^(guò)程產(chǎn)生的信號(hào)具有多元化的屬性特征[8]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，文章對(duì)電能超窄帶通信信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理[9]。電能超窄帶通信信號(hào)解調(diào)的目的是提取和識(shí)別電能擾動(dòng)信號(hào)，從而準(zhǔn)確地識(shí)別和定位擾動(dòng)源。通過(guò)解調(diào)技術(shù)，可以從復(fù)雜的電力信號(hào)中提取出有用的信息，進(jìn)而監(jiān)控和管理電能質(zhì)量，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在考慮電力系統(tǒng)傳輸階段基帶的前提下，對(duì)應(yīng)的多元并構(gòu)電能超窄帶通信信號(hào)表達(dá)式為

式中：s(t)為原始電能超窄帶通信信號(hào)；g(t)為原始電能超窄帶通信信號(hào)的基帶波形；dn為電能超窄帶通信信號(hào)的調(diào)制碼元；δ為多元并構(gòu)電能超窄帶通信信號(hào)間的作用波形；n為單位周期內(nèi)電能超窄帶通信信號(hào)的更新次數(shù)；T為信號(hào)波形的發(fā)展周期。文章采用低通濾波的方式處理原始電能超窄帶通信信號(hào)的系帶波形，以降低不同傳輸信道信號(hào)對(duì)于目標(biāo)分析信號(hào)的影響。經(jīng)過(guò)低通濾波后的電能超窄帶通信信號(hào)可為

式中：x(t)為低通濾波后的電能超窄帶通信信號(hào)；h(t)為低通濾波的沖擊響應(yīng)函數(shù)；q為低通濾波后的電能超窄帶通信信號(hào)基帶波形。

1.2 基于小波變換的擾動(dòng)源定位

利用Nyquist 定律分析電能超窄帶通信信號(hào)在無(wú)碼間干擾下，低通濾波的沖擊響應(yīng)函數(shù)的最小截止頻率一般為原始信號(hào)波形發(fā)展周期的1/2。受超窄帶通信的特殊性影響，實(shí)際的低通濾波的沖擊響應(yīng)函數(shù)的最小截止頻率會(huì)遠(yuǎn)小于理論值。文章從線性方程組的角度出發(fā)，建立電能超窄帶通信信號(hào)中N個(gè)碼元為基礎(chǔ)的N元線性方程組為

式中：G為構(gòu)建電能超窄帶通信信號(hào)N元線性方程組系數(shù)矩陣；D為電能超窄帶通信信號(hào)的碼元列向量；X為信號(hào)列向量。當(dāng)構(gòu)建電能超窄帶通信信號(hào)N元線性方程組系數(shù)矩陣為滿(mǎn)秩狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的方程組存在唯一解為

利用小波變換的方式確定異常電能超窄帶通信信號(hào)在N元線性方程組系數(shù)矩陣中的位置分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)源的定位。小波變換能夠分析信號(hào)的細(xì)節(jié)部分，準(zhǔn)確確定擾動(dòng)起止時(shí)刻，從而提高擾動(dòng)源定位的精度。小波變換可以提取出電能擾動(dòng)信號(hào)的特征信息，為后續(xù)的分析和識(shí)別提供可靠的依據(jù)。借助于小波變換技術(shù)，擾動(dòng)源定位方法可以適應(yīng)不同的電能擾動(dòng)類(lèi)型和復(fù)雜的電力系統(tǒng)環(huán)境，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用前景。利用小波變換完成擾動(dòng)源定位的具體實(shí)現(xiàn)方式為

式中：φa,b為母小波；a和b分別為尺度因子。

2 應(yīng)用測(cè)試

2.1 測(cè)試環(huán)境準(zhǔn)備

測(cè)試中考慮在不提供電能質(zhì)量擾動(dòng)源下，對(duì)電能數(shù)據(jù)不同的影響方式，因此分別設(shè)置2 種功率振蕩擾動(dòng)，并對(duì)設(shè)計(jì)的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法性能分析。從驗(yàn)證電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法有效性的角度出發(fā)，將DIgSILENT 仿真軟件作為測(cè)試環(huán)境，搭建包含9節(jié)點(diǎn)WSCC3 機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 9 節(jié)點(diǎn)WSCC3 機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

文章結(jié)合圖1 的9 節(jié)點(diǎn)WSCC3 機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法的適用性階段。在不同的負(fù)荷位置上設(shè)置隨機(jī)波動(dòng)屬性，對(duì)具體狀態(tài)進(jìn)行差異化設(shè)置，模擬不同工況下電能質(zhì)量擾動(dòng)狀態(tài)。測(cè)試工況如表1 所示。

表1 測(cè)試工況環(huán)境構(gòu)建

按照表1，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工況的測(cè)試，使測(cè)試節(jié)點(diǎn)WSCC3 機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的功率振蕩反應(yīng)。

2.2 測(cè)試結(jié)果與分析

為更加直觀地體現(xiàn)文章設(shè)計(jì)電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法的有效性，分別設(shè)置文獻(xiàn)[4]提出的以模型響應(yīng)功率譜密度預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的擾動(dòng)源定位法，文獻(xiàn)[5]提出的以正序分量相位差為基礎(chǔ)的擾動(dòng)源定位方法及文獻(xiàn)[6]提出的以上游正序參數(shù)比較為基礎(chǔ)的擾動(dòng)源定位方法在相同的測(cè)試環(huán)境下對(duì)比。

4 種方法對(duì)于電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位結(jié)果的準(zhǔn)確度如表2 所示。

表2 不同方法測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 單位：%

由表2 結(jié)果可知，在4 種不同電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法下，對(duì)不同工況下擾動(dòng)源的定位效果存在較為明顯的差異，在模型響應(yīng)功率譜密度預(yù)測(cè)定位的同一側(cè)（工況1 ～工況6）時(shí)，4 種方法對(duì)應(yīng)的定位結(jié)果準(zhǔn)確性較高，但是當(dāng)測(cè)試工況的擾動(dòng)源處于測(cè)試9 節(jié)點(diǎn)WSCC3 機(jī)系統(tǒng)的不同一側(cè)（工況7 ～工況9）時(shí)，對(duì)比的3 種方法對(duì)應(yīng)的定位結(jié)果準(zhǔn)確性明顯降低，最大值僅為96.45%以上，且當(dāng)同側(cè)擾動(dòng)源不唯一（工況9）時(shí)，對(duì)比的3 種方法定位結(jié)果準(zhǔn)確率僅為95.06%，而文章設(shè)計(jì)方法在工況1 ～工況9 下，準(zhǔn)確率始終在99.20%以上。由此表明，基于超窄帶通信與小波變換的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工況下擾動(dòng)源的準(zhǔn)確定位。

3 結(jié) 論

為及時(shí)解決電能質(zhì)量問(wèn)題，降低由于電能質(zhì)量導(dǎo)致供電安全問(wèn)題，文章提出基于超窄帶通信與小波變換的電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位方法研究，利用超窄帶通信信號(hào)特征，借助小波變換的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工況下精準(zhǔn)定位擾動(dòng)源的目的。借助文章設(shè)計(jì)與研究，也希望能夠?yàn)殡娔苜|(zhì)量擾動(dòng)源定位工作的開(kāi)展提供有價(jià)值的參考。