基于parseval的暫態(tài)擾動功率定位

基于parseval的暫態(tài)擾動功率定位

0暫態(tài)擾動及其源定位近年來，隨著實用電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，用戶對能源消耗的要求越來越高，能源消耗的問題越來越受到重視電源部門和用戶的影響。一些暫態(tài)擾動，如短時電壓下陷、暫態(tài)振蕩、瞬時斷電等，將會引起計算機和通信設(shè)備等的誤動作，影響其正常工作，給用戶帶來損失。在配電系統(tǒng)中，應(yīng)用電容器進行無功功率補償、調(diào)整電壓、改善功率因數(shù)。而電容器投切帶來的暫態(tài)擾動是繼電壓下陷之后一種極為常見的電能質(zhì)量問題，在這個過程中所出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓會超出一些設(shè)備的容許值，將引起工況的異常。對于電能質(zhì)量問題，目前已經(jīng)開展了較多的研究工作，主要集中于擾動發(fā)生時刻的定位、擾動類型的自動分類、數(shù)據(jù)壓縮與去噪等，而對于擾動源的定位目前研究較少。通過在配電系統(tǒng)中設(shè)置監(jiān)測裝置，記錄電壓電流的瞬時值，可以確定擾動發(fā)生的相對位置，即位于監(jiān)測點之前還是之后，將有助于電力系統(tǒng)的工作人員明確供用電雙方的責(zé)任，判別擾動是由電力系統(tǒng)，還是由用戶引起的。通過設(shè)置多個監(jiān)測點，還可以進一步確定擾動源的位置。本文根據(jù)Parseval定理，通過小波變換計算擾動發(fā)生期間三相瞬時功率信號能量，由擾動期間能量變化極性的正負，并結(jié)合擾動功率的第一個峰值的極性，提出了判斷電容器投切相對位置的新判據(jù)，為擾動源的定位提供了一種方法。1監(jiān)測點暫態(tài)擾動的能量傳遞對稱三相電路，三相瞬時功率為在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，p(t）為一常數(shù)。當(dāng)電容器投切至電網(wǎng)中時，并不能瞬間達到穩(wěn)態(tài)，有一個暫態(tài)過程，這將造成暫態(tài)過電壓擾動。圖1給出了用ATP仿真得到的電容器投切的單相電壓波形。設(shè)置監(jiān)測點記錄瞬時的電壓電流波形，可以計算三相瞬時功率p(t），在擾動過程中該功率不再是常數(shù)。設(shè)擾動前的三相瞬時功率為p1(t），定義pD(t）為擾動功率，則圖2給出了擾動功率pD(t）的波形。電容器投切的暫態(tài)過程可以看作是能量傳遞的過程。而通過監(jiān)測點的能量，其傳遞的方向與電容器投切的位置（相對于監(jiān)測點）有關(guān)。以圖3為例，進行說明。圖中箭頭的方向表示流過監(jiān)測點功率的方向。從圖3中可以看出，電容器投切的位置位于監(jiān)測點1,2和3之間。在暫態(tài)擾動過程中，能量從監(jiān)測點1,2向前傳遞給電容器，相對于監(jiān)測點而言發(fā)生前向擾動；而監(jiān)測點3的能量則向后傳遞給電容器，相對于監(jiān)測點而言發(fā)生后向擾動。2u刑法第二百二十四條中的小波分析小波分析是近10年來迅速發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，它是Fourier分析的發(fā)展結(jié)果。由于小波分析在時域和頻域同時具有良好的局部化性質(zhì)，人們可以聚焦到對象的任何細節(jié)，所以它被稱為數(shù)學(xué)顯微鏡。小波變換已經(jīng)在電能質(zhì)量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2.1拉伸和壓縮試驗a.定義1：概括地講，小波就是一個函數(shù)族，這個函數(shù)族是由函數(shù)ψ（t）經(jīng)過伸縮和平移而產(chǎn)生的。式中a為小波的頻率參數(shù)，當(dāng)時，小波函數(shù)ψ（t）被拉伸，，ψ（t）被壓縮；τ為平移參數(shù)，表明母小波的移動。ψ（t）稱為基小波或母小波，它要滿足允許條件：可以看到，基小波ψ（t）只有在實軸上取值有正有負，才能保證上式成立，所以ψ（t）應(yīng)具有振蕩性，是一個名副其實的波。另外ψ（t）的定義域是緊支撐的，它應(yīng)是一個迅速衰減的短波，所以稱之為小波。b.定義2：對信號f(t），設(shè)其能量是有限的，即f(t）∈L2(R），或有，其連續(xù)小波變換對應(yīng)為2.2進位取值二進小波變換將尺度參數(shù)a進行了頻率軸的二進離散，若在此基礎(chǔ)上對平移參數(shù)也進行時間軸上的二進位取值，即取a=2k，τ=2kn;k,n∈Z，就得到了離散小波變換。小波函數(shù)為離散小波變換為2.3間概念上的間接合原理多分辨率分析（multi-resolutionanalysis）又稱多尺度分析，它是建立在函數(shù)空間概念上的理論。對于任意函數(shù)f(t）∈V0，可以將它分解為細節(jié)部分W1和大尺度逼近部分V1，然后將大尺度逼近部分V1進一步分解，如此重復(fù)就可得到任意尺度（或分辨率）上的逼近部分和細節(jié)部分。式中（t）為尺度函數(shù)；ψ（t）為小波函數(shù)；j表示分解尺度；cj,k為剩余系數(shù)或尺度系數(shù)；dj,k為小波系數(shù)。2.4小波系數(shù)的重構(gòu)根據(jù)相鄰二尺度空間的尺度函數(shù)和小波函數(shù)的基本關(guān)系，得到小波分解快速算法，即著名的Mallat塔式算法：同時得到小波系數(shù)的重構(gòu)算法:Mallat分解算法如圖4所示（圖中2表示隔點抽?。?，由一組濾波器實現(xiàn)，重構(gòu)算法如圖5所示（圖中2表示隔點插零）。利用Mallat算法對信號進行分解稱為信號的小波分解。小波變換的結(jié)果是得到一個低頻逼近信號和若干高頻細節(jié)信號，根據(jù)尺度的不同，將信號分解到不同的頻率通道。3擾動源仿真分析根據(jù)Parseval定理，如果采用標(biāo)準(zhǔn)正交的尺度函數(shù)和小波函數(shù)，則信號的能量可以用各個分解尺度上的低頻系數(shù)和高頻系數(shù)表示：對監(jiān)測到的三相瞬時功率p(t），計算時間取擾動存在時間，用標(biāo)準(zhǔn)正交的小波進行多分辨率分析，提取各尺度的小波系數(shù)和最大尺度的剩余系數(shù)，按式（14）計算其能量E。計算相同時間段內(nèi)擾動前三相瞬時功率p1(t）（在對稱條件下為一常數(shù)）的能量E1，定義△Ε=Ε-Ε1，則△Ε的正負極性反映了能量的傳遞情況。通常直接按有名值計算的△Ε，數(shù)值比較大，可以采取以下方法進行處理：將Ε1作為基準(zhǔn)值，計算△Ε/Ε1，定義為△e，△e的極性與△Ε相同。由文獻可知，擾動功率pD的第一個峰值的極性也含有電容器投切定位的信息。綜上所述，本文提出了一種電容器投切定位的新判據(jù)：a.如果△e的極性與pD第一個峰值的極性同為正，認為發(fā)生的是前向擾動；同為負，認為發(fā)生的是后向擾動；b.如果△e的極性與pD第一個峰值的極性不同，若△e<0.5，則以pD第一峰值的極性為參考，若該峰值的極性為正，認為發(fā)生前向擾動；若為負，認為發(fā)生后向擾動；若△e≥0.5，則以△e的極性為參考，若△e的極性為正，認為發(fā)生前向擾動；若為負，認為發(fā)生后向擾動。本文使用ATP仿真軟件，對10kV架空線路負荷點上投切電容器改善功率因數(shù)進行了仿真（三相對稱），系統(tǒng)圖如圖6所示，圖中Sa～Sg表示負荷，△表示監(jiān)測點，共設(shè)7個監(jiān)測點。線路供電半徑為6km，功率因數(shù)λ=0.95，線路參數(shù)：主干線LGJ240,R=0.152Ω/km,L=1.225mH/km；兩條分支線LGJ120,R=0.242Ω/km,L=1.27mH/km。設(shè)主干線上負荷點a的功率因數(shù)下降至0.6，需要并聯(lián)電容器提高至0.95，投切電容的值為40μF。分支線上負荷點d的功率因數(shù)由0.6提高至0.95時，并聯(lián)的電容為50μF。用同樣的方法對系統(tǒng)其他負荷點分別進行了仿真分析，通過設(shè)置不同的功率因數(shù)改變投切電容的容量，進行了仿真。每個負荷點設(shè)置3個不同的功率因數(shù)，共得到監(jiān)測結(jié)果147個，其中前向擾動69個，后向擾動78個。用監(jiān)測到的電壓電流瞬時值計算擾動功率pD，采用db1小波對信號進行5層分解，按照本文提出的新判據(jù)進行擾動源判別。文獻中采用對擾動功率進行積分得到DE的方法判斷擾動的相對位置，根據(jù)擾動結(jié)束時DE的值，與擾動存在期間DE極值的80%進行比較，判別擾動方向。本文也用該方法對仿真系統(tǒng)進行了判斷，兩種方法判斷結(jié)果的比較如表1所示。從表1中可以得出，采用新判據(jù)進行判斷，前向擾動的正確率為100%，后向擾動的正確率為83.33%。而積分方法對后向擾動判斷的正確率只有67.95%。根據(jù)7個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)得到的擾動方向與擾動源的關(guān)系，如表2所示，可以判斷出擾動源的位置。表2中a～g表示可能產(chǎn)生擾動的擾動源，1～7表示監(jiān)測點。+表示前向擾動，即擾動發(fā)生在監(jiān)測點之前；-表示后向擾動，即擾動發(fā)生在監(jiān)測點之后。將判斷結(jié)果與表2對照即可確定擾動源，如不在表中則表示為不能確定。分別用新判據(jù)和積分方法對21個電容器投切擾動進行了擾動源定位，得到的結(jié)果如表3所示。由表3可知，用新判據(jù)方法進行擾動源定位的正確率為85.71%，而用積分方法進行定位的正確率只有52.38%。產(chǎn)生誤判及不能確定的原因是對于后向擾動，當(dāng)投切的電容器值較小，造成的擾動量較小時，判據(jù)的可信度降低，導(dǎo)致正確率下降。4．條件三：前后向擾動的判斷標(biāo)準(zhǔn)需要進一步研究本文所提出的基于小波變換的電容器擾動定位判據(jù)，為擾動源的定位提供了一種新方法。從仿真結(jié)果可以看出，提高