电力系统暂态扰动检测方法的研究及MATLAB仿真

卞 超

（湖南省电力公司益阳沅江电力局，湖南 沅江 413100）

现代社会中，电能作为一种清洁、高效的能源、已经得到了最为广泛的使用，而对电能的应用程度则是反映一个国家经济发展水平的主要指标之一。电能作为一种特殊的商品，与其它产品不同，既具有以商品形式向用户出售的性质，又具有为千百万电力用户服务的公用事业性质。电能的特点之一是不能方便地储存 且是发、供、用同时完成并由用电量的多少来决定供电量的多少，因此保证对用户连续不断供电是电能质量的一个重要标志。

1 干扰性负荷用户对电网的影响

近年来随着科学技术的不断创新和国民经济的蓬勃发展，以及未来电力市场的形成与推进，对电能质量的要求越来越高。同时，由于电网干扰性负荷的日益增多，使得电能质量受到诸多方面的影响。电能这种商品的质量不仅仅取决于生产者（如发电厂），还受到电力用户，尤其是干扰性负荷用户的影响，而且这种影响带来的电能质量下降还会随电网的延伸而危及到其它用户的正常用电。如果电能质量的指标偏离正常水平过大，就会给发电、输变电和用户带来不同程度的危害及损失，故电能质量的优劣会直接关系到国民经济的总体效益。因此，对影响电能质量的各类扰动进行有效的检测评估和分析工作是很有必要的。在当代电力系统，深入了解和认识电能质量，高度重视电能质量下降对供用电系统运行的危害与影响，甚至对社会经济的作用和影响，实现全面电能质量管理具有及其重要的社会意义和经济意义。

瞬态过程造成的电能质量问题比稳态运行状态下的电能质量问题更严重、更具有实际意义，如何有效地检测电力系统暂态现象，是治理和提高电能质量的关键。虽然IEC和IEEE并没有制定电能质量扰动的各种指标和具体的检测办法，但是它的重要性己经为大家所认可，已经成为国际上电能质量的一个研究热点。因此，改善暂态电能质量问题将是改善电能质量的关键。

2 暂态扰动产生的原因

本文首先概述了电能质量问题（重点针对暂态扰动）产生的原因、危害以及相应的治理措施。其次，根据电能质量标准，详尽地讨论暂态电能质量主要指标的算法特点，并对一些适合暂态电能质量实时检测的算法进行比较，从而为实时暂态扰动检测的设计提供理论依据。

根据扰动信号的波形特征，暂态扰动可以分为两类：脉冲暂态和振荡暂态。对暂态扰动的检测方法也在不断的提高。如今按照不同的分析方法，主要可分为时域、频域和变换域3种：①时域仿真法；②频域仿真法；③基于变换的方法。这三种方法各有特点，各有长短，具体分析时要针对问题选最佳的方法。

3 小波变换检测暂态扰动对应与其它方法的优点

小波分析法是一种信号的时间-尺度（时间-频率）分析的方法，它具有多分辨率的特点，而且在时域和频域上都具有表征信号局部特征的能力，是一种窗口大小固定不变但其形状可改变，时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。此方法很适合于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分。克服了以上FFT和STFT的缺点，特别适合于突变信号和不平稳信号的分析。小波变换作为一种新的数字技术被引入工程界后，已在图象处理、数据压缩和信号分析等领域得到广泛应用。由于小波函数本身衰减很快，也属一种暂态波形，将其用于电能质量分析领域，尤其是暂态过程分析领域将具有FFT、STFT所无法比拟的优点。近年来，己有文献介绍应用小波变换方法进行电能质量评估、电磁暂态波形分析和电力系统扰动建模等电能质量问题的研究。

笔者研究的课题其重点部分就是在仿真上，在仿真方面，是采用时下最流行的工具MATLAB进行的。在MATLAB中有专门的小波工具箱，使用这个工具箱再结合MATLAB的画图功能就能很好的完成好仿真。

在MATLAB小波工具箱中，有许多小波函数，如Haar、Daubechies、Biortogonal、Coiflets等。在这次仿真中我是选用的Daubechies（’db’是其缩写形式）。在电力系统中，大多数信号是类似正弦的信号，Daubechies小波比Haar小波（方波）包含了更多的震荡，因而Dallbechies小波的系数比Haar小波的系数更简单。存电力系统分析中，Daubechies小波由于其对非平稳信号的灵敏性得到了广泛的应用。根据电能质量波形的特点，需要采用时域和频域同时具有良好的局部性，且对不规则性较为灵敏的小波。就文章所研究的电力系统暂态扰动信号而言，运用小波或小波包变换进行时频分析时，要求能够提取非平稳信号的瞬时、奇异与突变成分，也就是在特定尺度上进行小波变化。因此，选择小波基时，考虑时频两域的紧支撑性尤为重要。在众多小波中，根据Daubechies小波的正交、时频紧支撑、高正规性和具有Mallat快速算法等特点，对于检测信号的奇异性具有很好的特性。本文采用Daubechies正交小波分析暂态电能质量信号。

MATLAB仿真流程图

4 结语

目前，小波理论日趋发展和完善，快速小波算法大大降低了小波变换的运算量。小波变换已在电力系统暂态分析中得到了成功的应用，展示了小波变换在该领域的广阔前景。随着电力系统的进一步发展，电能质量问题的受重视程度日益增加，利用小波技术对电能质量进行准确的分析是一个值得关注的课题。随着电能质量分析技术的发展和相关研究的深入，小波变换在其中的应用必然有着更大的发展空间。