电能质量分析与控制
电能质量分析与控制2
电能质量分析与控制21. 介绍电能质量是指电力系统中电能波形的完整性和稳定性。
在现代社会中，电能质量的好坏对于各行各业的正常运行至关重要。
本文将介绍电能质量的分析与控制方法，并讨论一些常见的电能质量问题及其解决方案。
2. 电能质量分析方法2.1 电能质量参数首先，我们需要了解电能质量的评估参数。
常用的电能质量参数包括电压波形失真率、电压变动、频率偏差等。
这些参数可以通过使用专业的电能质量监测设备进行测量和分析得到。
2.2 电能质量监测为了实时地监测电能质量，可以使用电能质量监测系统。
这些系统可以记录电能质量参数的变化，并生成相应的报表和图表，便于分析和处理。
2.3 电能质量分析电能质量分析是通过对监测数据进行处理和分析，找出电能质量问题的原因和特征。
常见的电能质量问题包括电压波形失真、电压闪变、电压暂降等。
通过对这些问题进行分析，可以采取相应的措施来改善电能质量。
3. 电能质量改善措施3.1 电能质量改善设备通常，为了改善电能质量，可以安装电能质量改善设备。
常见的电能质量改善设备包括无功补偿装置、滤波器、电压稳定器等。
这些设备可以消除电能质量问题，提高电力系统的可靠性和稳定性。
3.2 故障管理另一方面，及时处理电力系统中的故障，也是改善电能质量的重要措施。
故障可能导致电能质量下降，甚至引起设备的损坏。
因此，及时排查和处理故障，对于维护电力系统的正常运行和电能质量的提高至关重要。
4. 电能质量问题案例分析4.1 电压波动电压波动是一种常见的电能质量问题，通常由负载变化引起。
电压波动会影响设备的正常运行，甚至导致设备的损坏。
针对电压波动问题，可以通过安装电压稳定器或调整负载平衡来解决。
4.2 电压暂降电压暂降是指电压瞬间下降的现象，通常由设备启动或故障引起。
电压暂降会导致设备断电、数据丧失等问题。
对于电压暂降问题，可以通过安装不间断电源或改善设备的保护机制来解决。
5. 结论电能质量的分析与控制对于维护电力系统的正常运行至关重要。
电能质量分析与控制课件
分别称之为p、q运算方式和ip、iq运算方式。
2023/11/13
19
2电能质量的数学分析方法
(1)p、q运算方式
(2)
2023/11/13
运算方式
20
2电能质量的数学分析方法
该运算方式电压不参与运算，选取
变电压造成的误差不存在。
2023/11/13
和
参与运算，畸
21
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。11月- 2311月- 23Monday, November 13, 2023
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 11:26:3011:26:3011:2611/13/2023
11:26:30
AM
做一枚螺丝钉，那里需要那里上。11月- 2311:26:3011:26Nov-2313-Nov-23
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。11:26:30
上午11:26 上午11:26:3011月-23
每天都是美好的一天，新的一天开启 。11月-2311月-2311:2611:26:3011:26:30Nov-23
相信命运，让自己成长，慢慢的长大 。2023/11/13 11:26:30Monday, November 13, 2023
加带宽为fS /2的低通滤波器，滤去 fS /2以上信号分量。
提高采样速率。
五、快速傅立叶变换(FFT)
快速傅里叶变换算法最早于1965年提出，巧妙地利用W因子的周
期性和对称性，导出的高效快速算法，FFT使N点DFT的乘法计算
电能质量分析与控制-肖湘宁-第五章课后答案
电能质量分析与控制 - 肖湘宁第五章课后答案1. 什么是谐波？谐波产生的原因是什么？谐波是指在电力系统中，除了基频分量之外，存在的频率为基频整数倍的分量。
谐波产生的原因主要有以下几点：•非线性负载：当负载中存在非线性元件（如电力电子器件、电弧炉、电弧炉等）时，会产生谐波。
•电力电子装置：电力电子装置（如变频器、整流器等）的工作原理决定了其输出中会存在谐波分量。
•谐波扩散：谐波分量在电力系统中会通过传导、辐射等方式相互扩散，使得谐波影响范围扩大。
2. 请简述谐波的分类及其对电力系统的影响。
谐波可以分为电压谐波和电流谐波，其对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：•降低电网效率：谐波引起的功率损耗会导致电网效率下降。
•造成设备损坏：谐波引起的不合格电压、电流对设备的绝缘、热、机械损伤等都会对设备寿命造成负面影响。
•产生电磁干扰：谐波会引起电磁干扰，干扰其他设备的正常运行。
•影响电能计量：谐波会导致电能表计算不准确，影响电能计量和费用核算。
3. 请简述衡量谐波的指标有哪些？衡量谐波的指标主要有以下几个：•谐波总畸变率（THD）：表示谐波电压或电流与基波有效值之比的总百分比，用于衡量谐波含量的大小。
•谐波电压总畸变率（THDu）：表示谐波电压与基波电压之比的总百分比。
•谐波电流总畸变率（THDi）：表示谐波电流与基波电流之比的总百分比。
•各次谐波总畸变率（TDDi）：表示各次谐波电流与基波电流之比的总百分比。
•谐波电压总畸变程度（Dv）：表示谐波电压波形的畸变程度，是采用具体参数来描述谐波电压波形的畸变情况。
4. 请简述谐波分析的方法。
谐波分析的方法主要有以下几种：•数字谐波分析法：利用数字计算机或嵌入式处理器对采集到的电压、电流波形进行数字滤波、采样、FFT变换等处理，得到谐波分量及其相位。
•统计谐波分析法：通过统计方法，对采集到的电压、电流波形进行统计和分析，得到谐波分量的出现频率、占空比等信息。
•仿真谐波分析法：借助电力系统仿真软件（如PSCAD、PSIM等）建立电力系统的数学模型，进行谐波分析。
电能质量分析与控制7
6.电气化铁路 电气化铁路一般使用直流电机拖动，因此是一个市 政方面的主要谐波源。根据现有上海、北京等地电气化铁路的运 行情况，大多数系统都安装了滤波器。
7.高精度自动化生产线 高精度自动化生产线本身不产生谐波，但 是对于电能质量有很高的要求，因此需要在高精度自动化生产线 的供电侧安装有源滤波器，以降低谐波对生产线的影响。
1 L2C2
L2 / C2 RL2 L2 / C2 RC2
1 L2C2
一般取串、并调谐频率相等
01 02 0
2021/12/28
11
7电能质量控制技术
双调谐滤波器的无功补偿： 在工频频率点，串联回路呈容性，并联回路呈感性，无功由串联回 路电容实现，忽略并联回路的感性影响，有：
Z
1 1C1
1L1
负荷电流 i(t) ip (t) iq (t)
ip (t) iq1(t) ih (t)
滤波器提供的补偿电流
h
滤除谐波
if (t) ih (t)
h
无功补偿+滤除谐波
if (t) iq (t)
2021/12/28
15
7电能质量控制技术
进一步分析： i(t) b1 sin1t a1 cos1t (bh sinh1t ah cosh1t)
8.办公大楼、大型商业区等节能灯和空调集中场所 办公大楼、大 型商业区等节能灯和空调集中场所的谐波情况也非常严重，治理 方法宜采用集中治理方法，以节省成本。
2021/12/28
22
7电能质量控制技术
混合型有源滤波器
对于高电压、大容量谐波源，目前国内外主要采用LC无源滤 波器(Passive Filter，PPF)进行补偿，尽管它具有初期投资小、 结构简单等优点，但其滤波性能对系统阻抗、频率等参数变化要 求极其敏感，难以达到预期的滤波效果。
电能质量控制与分析方法
电能质量控制与分析方法随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。
随着计算机技术的日益普及，大量基于计算机系统的控制设备和电子装置不仅对供电电能质量异常敏感，同时也加剧了电能质量的进一步恶化。
一、电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因1.电力系统元件存在的非线性问题。
电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波；直流输电产生的谐波。
此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。
其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
3.电力系统故障。
电力系统运行的各种故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
衡量电能质量的主要指标：由于所处立场不同，关注电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。
主要指标为国家技术监督局相继颁布的涉及电能质量六个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压允许不平衡度，公用电网谐波，暂时过电压和瞬态过电压以及供电频率允许偏差等的指标限制。
二、电能质量控制策略与技术1.PID控制。
这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在中实现。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。
其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。
2.空间矢量控制。
空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。
其原理是：将基于三相静止坐标系（abc）的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系（dq）的直流量从而实现解耦控制。
常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。
电能质量分析方法与控制技术探讨
电能质量分析方法与控制技术探讨电能质量是指电力系统中电流、电压的稳定性和纹波率，以及电力设备对电能质量的需求程度。
电能质量的不良会导致电力系统的异常运行和设备的损坏。
因此，进行电能质量分析和控制至关重要。
一、电能质量分析方法1.电能质量参数测量：通过测量电压和电流的参数来评估电能质量。
常见的参数有电压的纹波率、电压的波动、电流的谐波含量、电能的三相不平衡度等。
通过参数测量可以了解电能质量的具体情况，为进一步的分析提供数据支持。
2.电能质量事件监测：使用电能质量监测仪器可以记录电压和电流的实时数据，包括瞬时值和波形曲线。
通过对电能质量事件的监测，可以获得电能质量的详细信息，并进行后续的分析和控制。
3.电能质量分析软件：利用电能质量分析软件对电能质量参数和事件数据进行处理和分析。
通过软件可以绘制波形图、频谱图、矢量图等，对电能质量的异常情况进行详细分析，找出问题根源和解决方案。
二、电能质量控制技术1.电力质量改善装置：通过安装电力质量改善设备，如电力滤波器、电力调压器等，来降低电能质量的纹波率和波动度。
这些装置可以滤除电网中的谐波、抑制瞬态电压波动，并提供稳定的电源给用户设备。
2.电力负荷管理：合理管理电力负荷可以减小供电系统的负载波动。
通过采用先进的负荷管理技术，如优化供电方案、负荷分配策略等，可以降低电网的谐波含量和不平衡度，提高电能质量。
3.谐波抑制技术：谐波是电能质量的重要指标之一、采用谐波抑制技术，如使用无谐波源的互连电池系统、安装谐波滤波器等，可以有效降低电网中的谐波含量。
4.频率调节技术：电网的频率稳定性对电能质量有重要影响。
要保持电网频率的稳定，可以采用频率调节技术，如合理调整电源的供电能力、控制负荷的充放电过程等。
综上所述，电能质量分析方法和控制技术是保证电力系统正常运行和设备安全运行的重要工具。
通过合理的电能质量分析和控制手段，可以提高电网的稳定性和设备的可靠性，同时提高电力系统的效率和可持续性。
电力系统电能质量分析与控制
电力系统电能质量分析与控制摘要随着工业化进程的加速和科技的不断进步，电力系统已经成为现代社会不可或缺的基础设施之一。
在电力系统中，电能质量是一个重要的参数，它与电力设备的运行稳定性、能源利用效率和供电质量有着密切的关系。
本文对电力系统电能质量分析与控制进行了深入研究，介绍了电能质量的基本概念、分类、指标和影响因素，并提出了相应的电能质量分析和控制方法。
在电能质量分析方面，本文重点探讨了电压、电流、功率因数、谐波和闪变等方面的分析方法，包括传统的频域分析、时域分析和复域分析等方法，以及现代的小波分析、瞬时功率理论和谐波抑制技术等方法。
在电能质量控制方面，本文主要介绍了静态无功补偿技术、动态无功补偿技术、谐波抑制技术和电力电子技术等方法，对其原理、实现方式和应用效果进行了详细的讨论。
本文以电力系统中的变电站为例，设计了一个基于DSP控制器的电能质量控制系统，并进行了实验验证。
实验结果表明，所设计的电能质量控制系统可以有效地改善电能质量，提高供电可靠性和运行稳定性。
关键词：电力系统；电能质量；分析；控制；DSP控制器AbstractWith the acceleration of industrialization and the continuous progress of technology, the power system has become one of the indispensable infrastructure in modern society. In the power system, power quality is an important parameter, which is closely related to the operational stability of power equipment, energy utilization efficiency and power supply quality. In this paper, a deep research is conducted on the analysis and control of power quality in power systems. The basic concepts, classification, indicators and influencing factors of power quality are introduced, and corresponding methods for power quality analysis and control are proposed.In terms of power quality analysis, this paper focuses on the analysis methods of voltage, current, power factor, harmonics and flicker, including traditional frequency domain analysis, time domain analysis and complex domain analysis, as well as modern wavelet analysis, instantaneous power theory and harmonic suppression technology. In terms of power quality control, this paper mainly introduces static reactive power compensation technology, dynamic reactive power compensation technology, harmonic suppression technology and power electronic technology, and discusses their principles, implementation methods and application effects in detail.Taking the substation in the power system as an example, this paper designs a power quality control system based on DSP controller and carries out experimental verification. The experimental results show that the designed power quality control system can effectively improve power quality, improve power supply reliability and operational stability.Keywords: Power system; Power quality;Analysis; Control; DSP controller引言随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，电力已经成为现代社会不可或缺的基础设施之一。
电能质量分析与控制3
电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性的概念、 产生的原因、相关的国家标准以及改善这些电能质量指标的常规方
法。
2021/12/28
1
3传统电能质量分析与改善措施
3.2 供电电压偏差
一、 电压偏差的定义
U U re U N 100 % UN
电压变动---电压的均方根值偏离额定值的现象称为电压变动，
三相系统的对称性还表现为：在任意时刻，三相电量的瞬时值之和为 零，用数学公式表示就是
iA iB iC 0
uA uB uC 0
自动高频切机装置--可能被解列而导致功率过剩的地区装设按频 率升高自动切除发电机装置。
2021/12/28
19
3传统电能质量分析与改善措施
3.4电压三相不平衡
一、三相对称与三相不平衡的概念
设三相系统的电流和电压分别为
iA iB
2I 2I
A B
c os (t c os (t
iA iB
) )
影响系统的经济运行：系统电压偏低将使电网的有功损耗、无功功率 损耗以及电压损失大大增加；系统电压偏高，超高压电网的电
晕损耗加大。 P 3I 2R 3 S 2 R P2 Q2 R
3U 2
U2
2021/12/28
6
3传统电能质量分析与改善措施
五、改善电压偏差的措施
保证电力系统各节点电压在正常水平的充分必要条件:
uA
2U
A
cos(t
uA
)
uB 2U B cos(t uB )
iC 2IC cos(t iC )
uC 2U C cos(t uC )
三相系统可分为对称三相系统和不对称三相系统。
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大连理工大学电气工程学院
基于傅里叶变换的波形数学分析方法
《电能质量分析与控制》
运用FFT必须满足的条件：
满足采样定理的要求 被分析的波形必须是稳态的、随时间周期变化的
频谱混叠现象
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基于傅里叶变换的波形数学分析方法 基于FFT的谐波分析仪工作原理
杆塔模型
全波形
波头细节
反击三相电流波形
全波形
波头细节
绕击三相电流波形
分析方法分类：
电力电子电路仿真 MATLAB
【例】This demonstration illustrates phasor simulation of a 9-MW wind farm using
Induction Generators (IG) driven by variable-pitch wind turbines.
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《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
仿真分析
各尺度上小波变换系数模极大值
结论： （1）在小尺度上，小波变换的时间定位最精确，但受噪声影响大； （2）随尺度增加，扰动信号的奇异点产生的小波变换模极大值加 大，噪声的小波变换模极大值减小； （3）在大尺度上取阈值，可去除噪声。
原理：对于给定的实的或复的离散时间序列 x0 , x1, x2 ,, xN 1
设该序列绝对可和，即：
N 1
xn
n0
N 1
j 2 k n
X (k) F[x(n)] x(n)e N
n0
称为序列的离散傅里叶变换
应用广泛，但计算量可观，很难“实时”计算。
《电能质量分析与控制》
《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
信号重构过程算法示意图
大连理工大学电气工程学院
《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
Mallat应用于电能质量扰动分析
电压暂降扰动信号
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《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
母小波
f
,
m,n
am2 0
f
(t) m,n (a0mt
nb0 )dt
放大倍数
二进制小波ຫໍສະໝຸດ a0 2 b0 1了解信号更粗的内容， 减小放大倍数，即增 大m值
《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
Mallat算法思想
Multi-Resolution Analysis,MRA
《电能质量分析与控制》
同步采样脉 冲信号
同步采样及A/D转换
BUS
单片机系统 显示及输出
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基于傅里叶变换的波形数学分析方法
《电能质量分析与控制》
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小波变换
连续小波 离散小波
Wf (a,b)
1 a
f (t) (t b)dt
R
a
a—伸缩参数 b—平移参数
Mallat的应用
三次样条光滑函数
求导
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紧支二次样条小波函数
《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析 仿真分析
实测电压暂降波形
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《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
仿真分析
5个尺度上的分解结果
结论：取小波母函数为平滑函数的一阶导数时，信号的小波变换的模在信 号的突变点取得局部极大值。即小波变换能表征函数的奇异性。
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《电能质量分析与控制》
电能质量分析与控制
第二章 电能质量的数学分析方法 孙辉
内容提要
《电能质量分析与控制》
大连理工大学电气工程学院
内容提要
《电能质量分析与控制》
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分析方法分类：
《电能质量分析与控制》
时域分析法
暂态仿真 EMTP 电力电子电路仿真 MATLAB
h1
OR
傅里叶级数
f (t) c0 (an cos(h1 t) bhsin(h1t))
h1
白光
傅里叶变换
棱镜
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光谱
基于傅里叶变换的波形数学分析方法
离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT) 对信号的要求：在时域和频域应是离散的，且都是有限长。
高通滤波器
离散细节
2 分辨率 ( j1)
离散逼近
《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
原始信号多尺度小波分解过程算法示意图
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Mallat算法算例
尺 度 加 深
《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
信号重构过程
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《电能质量分析与控制》
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析 仿真分析
去噪后各尺度上小波变换系数模极大值
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内容提要
《电能质量分析与控制》
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矢量变换 （1） 变换
《电能质量分析与控制》
变换关系式：
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频域分析法
频谱分布 谐波潮流计算
基于数学变换的分析方法
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傅里叶变换 小波变换 矢量变换
分析方法分类：
暂态仿真 EMTP
【例】电磁暂态仿真程序 EMTP 对架空输电线路绕击和反击雷电过电压进 行仿真分析，得到发生绕击和反击时输电线路电流行波波形。
220kV输电线路模型
杆塔结构
反变换：
《电能质量分析与控制》
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dq 变换——park变换
当尺度由大到小变化时，就相当于将照相机镜头由远及近 地接近目标
在大尺度空间里，对应以远镜头来观察目标，只能看到 目标大致的概貌；在小尺度空间里，对应以近镜头观察 目标，可观察到目标的细微部分。
大连理工大学电气工程学院
基于小波变换的电能质量扰动识别的多分辨分析
Mallat算法 分解过程
低通滤波器
滤波器由尺度函数构成
内容提要
《电能质量分析与控制》
大连理工大学电气工程学院
基于傅里叶变换的波形数学分析方法
《电能质量分析与控制》
周期性电压和电流信号表示：
f (t) f (t kT ) (k 0,1, 2,)
非周期电压和电流信号：
满足狄里赫利条件
f (t) c0 ch sin(h1t h )