复合非平稳电能质量扰动检测研究

发布时间：2020-05-20 04:14

【摘要】：在当代社会,电能以其清洁便利、易于传输和转换的特点成为使用最广泛的一种能源。一个理想的电力系统应该以恒定的频率和正弦波形按照规定的电压水平为用户供电。然而,随着现代电网中电力负荷构成发生变化,电力系统中存在大量的非线性负荷和冲击性负荷,对电能质量造成严重的“污染”,造成电力设备绝缘老化、寿命降低,引起大范围停电事故,造成重大经济损失。另一方面,为了缓解能源危机、减少环境污染,越来越多的分布式能源被接入电网。由于分布式能源具有分散性和随机性,会带来一系列诸如电压偏差、电压波动、谐波等电能质量问题。为了对电能质量状况进行有效评估和管理,对电能质量进行检测和分析十分必要,它为电能质量治理提供技术支持。目前电能质量扰动检测方法所面临的主要问题是:第一,扰动类型多,除了单一扰动类型外,复合扰动也经常出现,加大了扰动精确检测的难度;第二,大部分扰动是非平稳信号,传统的傅里叶变换法不能提供扰动的时频定位信息,因此并不适合于非平稳电能质量扰动的分析;第三,扰动参数多,主要包括基波和谐波分量的幅值、频率、相位、扰动发生时刻和持续时间、暂态振荡幅值等信号参数,以及有功功率、无功功率、功率因数等电参数,在稳态和非稳态条件下均能精确检测这些扰动参数的方法少之又少。为此,本文针对以上电能质量扰动检测的问题,引入强跟踪滤波器和经验小波变换,有效地解决复合非平稳电能质量扰动条件下扰动分类和参数计算的问题。论文的主要研究内容如下:(1)提出了一种基于强跟踪滤波器的电压暂降检测算法。通过在扩展卡尔曼滤波器中引入渐消因子,强跟踪滤波器实现了卡尔曼增益在线调整,克服了扩展卡尔曼滤波器在模型不匹配和初值设置不当时容易发散的缺陷,不仅能够提供暂降的幅值和相位跳变,而且还能精确指示暂降的起始和终止点。通过在起始点和终止点重置预测误差协方差阵为一个较大值,能够有效加快暂降检测算法的动态响应速度。克服了国际标准IEC61000-4-30所提的均方根暂降检测法对于同一暂降事件给出不同暂降特征量的问题,更适合于暂降严重度和站点指数估计等场合。具有良好的抗干扰性,在出现谐波和间谐波、频偏和直流偏移等复合扰动情况下,也能给出精确的检测结果。(2)提出了一种基于强跟踪滤波器和极限学习机的电能质量扰动分类算法。结合了低阶强跟踪滤波器对于暂态扰动的良好指示作用和高阶强跟踪滤波器良好的抗谐波干扰的能力,本文提出了基于双强跟踪滤波器的电能质量扰动特征提取方法。在分析单一扰动和复合扰动对检测算法结果影响的基础上,提出了6种具有良好区分能力的独特特征。针对神经网络收敛速度慢、容易陷入局部极小值的问题,本文引入极限学习机的分类策略。利用混淆矩阵对极限学习机在隐层节点数目不足时的错分情况进行研究,研究结果表明:大部分样本都可以使用较少的隐层节点进行分类,只有少部分边界样本需要更多的隐层节点来区分。基于此特性,本文引入基于规则的极限学习机法解决了以较少的隐层节点获得较高的分类精度和分类稳定度的问题。该算法计算复杂度低,适合于实时应用。(3)提出了一种基于经验小波和希尔伯特变换的电能质量扰动参数检测法。针对小波变换和S变换存在的分析窗宽不能随被检测信号自适应调整的缺陷,本文引入经验小波对电能质量扰动信号进行自适应分解,有效避免了不同频率成分之间的干扰,提高了复合扰动信号的检测精度。将经验小波和希尔伯特变换相结合提供了电能质量扰动信号的时频表示,实现了包括稳态和非稳态扰动信号的参数精确检测。针对国际标准IEEE Standard 1459-2010所提的基于傅里叶变换的电参数计算法不能检测非稳态条件下的电参数的问题,本文提出了基于经验小波和希尔伯特变换的瞬时电参数检测方法,实验结果表明该方法对于稳态和暂态信号均有效。(4)设计了基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的电能质量扰动信号采集平台硬件实现方案。针对电能质量扰动类型增多特别是复合扰动频繁出现的现状,提出了使用具有并行运行特性和强大数据处理功能的FPGA作为电能质量扰动信号采集硬件的核心,以状态机为控制核心实现了信号采集、存储和传输。同时FPGA的可配置性允许该系统集成新的电能质量检测算法,可方便地实现系统功能的扩展。
【图文】：

混淆矩阵,学习机,极限,方案

表 3-12 STF-ELM(M=50)的混淆矩阵C2 C3/C4 C5/C6 C7/C8 C9/C10 C11/C12 C13/C14 C15/C16 C17/C18 /0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 76 0/11 13/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 100/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 0/100 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 0/0 100/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 0/0 0/99 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 1/0 0 0/0 0/0 100/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/83 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/0 90/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/0 0/87 0/13 0/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/0 0/0 99/0 1/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/100 0/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 100/0 0/0 0/0 0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/89 0/0 0/11 0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 99/0 0/1 0 0/0 0/2 0/0 0/0 0/0 0/0 0/98 0/0 0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 100/0 0 0/0 0/2 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/98 0 5/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 16 0/17 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

电能质量扰动,信号采集,实物,平台

华中科技大学博士学位论文满标志 halfnullen=1 时进入状态 4，此状态下分 3 次块读 SDRAM，，通道的数据。）状态4完毕后READ FIFO半满标志halfnullen清0再次回到状态 2满标志 halfnullen=1 时再次进入状态 4，重复上述过程，依次读完 S写满标志 sdfull 为 0，并返回状态 2。验结果所设计的电能质量扰动信号采集平台和采集卡实物图分别如图 5-平台由正弦信号发生器、采集卡、PXIS-3320 机箱、工控主机、显
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM711

【参考文献】