单一电能质量扰动信号的建模与检测

片兆宇 雷志国 金月

摘 要：电能质量已经成为电力企业部门和用户们日渐关注的内容，它已经成为衡量电力市场经济好坏的重要标准，电能质量扰动使得电压或者电流波形异常，这可能导致用电敏感的终端突然停止工作，有效检测和识别电力系统问题对于提高电能质量是非常重要的。该文介紹了电能质量相关概念以及扰动形成原因等，建立了扰动信号电压暂降、电压暂升、电压中断、振荡暂态的数学模型，并对基于改进的形态非抽样小波的电能质量单一扰动进行仿真，检测出了扰动奇异时刻值，结果表明改进的形态非抽样小波能对扰动信号的检测定位分析。

关键词：电能质量 建模 检测 扰动

中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0002-01

电能属于二次利用能源，电能的利用程度直接影响着一个地区乃至国家电力发展的好坏[1]。近年来，非线性电子控件和以微处理器为基础设备的负载器件被广泛使用，从而导致出现了越来越多的电压扰动，也使电能质量问题变得尤为突出。在电能质量的扰动中，主要包含暂态问题和稳态问题，该文主要介绍PQ扰动信号的暂态信号数学模型和稳态信号数学模型的定义、公式[2]。

1 暂态模型

在PQ问题的研究中，暂态扰动模型主要涵盖了电压暂降、电压暂升、电压中断、振荡暂态这几种模型[3]。

1.1 电压暂降

电压暂降产生的原因主要有电力系统机械故障，如系统发生接地短路故障、大容量电机的启动和负载突增也会导致电压暂降，数学模型如下所示：

（1）

1.2 电压暂升

电压暂升是指电力电压在标准工作环境下，受到外界干扰时其电压幅值在极短的时间内迅速上升，一般暂升值是标准幅值的1.1到1.8倍，下降持续时间大约为0.01s到1min的电磁扰动现象[4]。其数学模型为：

（2）

1.3 电压中断

电压中断是指工作电压在极短的时间内降低到标准幅值的0到0.1倍，并且中断时间大约为0.01s到1min的电磁扰动现象。数学模型为：

（3）

1.4 振荡暂态

按照频谱成分可以将振荡分为三类即低频振荡、中频振荡和高频振荡。高频振荡多为脉冲引起的，低频振荡一般是由于电网中出现不必要的故障而引起的，其危害系数远远高于高频振荡。其数学模型为：

（4）

2 仿真

仿真采样频率，采样点数为8000个数据点，图中分别表示原始信号、由基于非形态小波（MUDW）分解后的第一层、第二层的幅值。a到f分别代表：a表示电压电能质量扰动形态费抽样小波检测仿真（后面依次同理）；b表示电压暂降PQ扰动；c表示电压暂升PQ扰动；d表示振荡PQ扰动，仿真检示意图如图1、图2。

3 结论

图1，图2中的仿真结果表明：在单一扰动信号下，改进的MUDW检测出的扰动信号误差较小，并检测扰动奇异时刻值，有利于电能质量扰动信号的检测定位分析。

该文提出了一种改进的形态非抽样小波用于电能质量扰动的研究，在仿真验证中，利用MATLAB软件进行仿真，将扰动信号分为单一扰动仿真，结果表明改进的形态非抽样小波能识别出扰动信号。

参考文献

[1] 林海雪.现代电能质量的基本问题[J].电网技术，2001，25（10）：5-12.

[2] 谭万禹，金月，张红，等.电能质量扰动检测研究方法[J].长春工程学院学报：自然科学版，2013（4）：40-42.

[3] 张秀娟，徐永海，肖湘宁.电能质量扰动小波变换检测与识别方法的发展[J].电力自动化设备，2003，23（9）：67-71.

[4] 高华锋.暂态电能质量复合扰动检测的研究：[硕士学位论文][D].西安：西安理工大学，2011.