電能質量參數(shù)中電流綜合評估方法探索

1、本科生畢業(yè)設計（論文）電能質量參數(shù)中電流綜合評估方法探索學院（部）： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 指導教師：完成日期： 年 月摘 要本文對電網(wǎng)電能質量現(xiàn)有的國家標準以及國內外研究現(xiàn)狀進行了簡單介紹，著重介紹了影響電能質量的重要因素電流諧波，并運用matlab/simulink軟件對以船舶電網(wǎng)為例的電流諧波畸變和由此導致的另一個電能質量參數(shù)功率因數(shù)這兩個參數(shù)進行了評估。關鍵詞：電能質量，電流，仿真，評估abstractthis paper gives an outline of national standards concerning electrical power quality and

2、 the state-of-art of the researches fulfilled both at home and abroad. the emphasis is put on the principal element of power qualitycurrent harmonics. afterwards, under the consideration of marine electric network, the assessment of both parameters of current harmonic distortion and power factor und

3、er the environment of matlab/simulink.key words: power quality, electric current, simulation system, assessment目 錄1引言 ······························&#

4、183;························（1）1.1電能質量的國家標準 ······················

5、3;·············（1）1.2電能質量的研究 ··································&#

6、183;·····（4）2. 電能質量的發(fā)展趨勢 ·········································（5）2

7、.1對電能質量指標及其標準的思考 ··························（5）2.2 20世紀末對電能質量要求的新發(fā)展 ·················&

8、#183;·····（7）2.3現(xiàn)代電能質量監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢 ························（8）3. 電能質量評估方法比較與分析 ·············&

9、#183;···············（10） 3.1電能質量評估的必要性 ·······························

10、···（10）3.2幾種評估方法的基本原理 ··································（11）3.3電能質量評估方法比較與分析 ······&#

11、183;···················（18）4. 仿真系統(tǒng)設計與實驗結果 ···························&

12、#183;··········（19） 4.1仿真電網(wǎng)程序圖及參數(shù) ··································（19） 4.2實驗結果

13、監(jiān)測數(shù)據(jù) ····································（20） 4.3數(shù)據(jù)評估 ···········

14、···································（26）5. 結論 ·············&#

15、183;·········································（27）參考文獻 ·······

16、;···············································（27）1.引言電能是一種經濟、實

17、用、清潔且容易傳輸和控制的能源形態(tài)，電能作為一種特殊商品進入市場，與其他商品一樣也應講究其質量。隨著國民經濟的快速發(fā)展，生產部門和用戶越來越關注電能質量。電能質量對電網(wǎng)的安全運行有著重要的意義，同時電能質量的好壞也直接影響著用戶側設備是否能正常運行。例如法國國家電力公司分別用翠綠色、銀白色、金色和綠色等不同顏色表示不同等級的電能質量，按不同的價格進行收費。1.1電能質量的國家標準電能質量包括四個方面的相關術語和概念：電壓質量(voltage quality)，即用實際電壓與額定電壓間的偏差(偏差含電壓幅值、波形和相位的偏差)，反映供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格；電流質量(current qu

18、ality)，即對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統(tǒng)以高功率因數(shù)運行，這個定義有助于電網(wǎng)電能質量的改善，并降低網(wǎng)損；供電質量(quality of supply)，包含技術含義和非技術含義兩個方面：技術含義有電壓質量和供電可靠性；非技術含義是指服務質量(quality of service)包括供電企業(yè)對用戶投訴的反應速度和電力價格等；用電質量(quality of consumption)，包括電流質量和非技術含義，如用戶是否按時、如數(shù)繳納電費等,它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責任和義務1。通常，電能質量定義為：導致用戶設備故障或不能正常工

19、作的電壓、電流或頻率偏差。從20世紀90年代初到2001年，我國國家技術監(jiān)督局先后組織制定并頒布了6項電能質量國家標準2，3：gb 123251990供電電壓允許偏差；gb/t 145491993公用電網(wǎng)諧波；gb/t 155431995三相電壓允許不平衡度；gb/t 159451995電力系統(tǒng)頻率允許偏差；gb 123262000電壓波動和閃變；gb/t 184812001暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。表1.1 電能質量國家標準摘要標準編號標準名稱允許限值說 明gb12325-90供電電壓允許偏差1.35kv及以上為正負偏差絕對值之和不超過10%；2.10kv及以下三相供電為±7%；3.

20、220v單相供電為+7%-10%。衡量點為供電產權分界處或電能計量點。gb12326-90電壓允許波動和閃變電壓波動1.10kv及以下2.5%；2.35110kv2%；3.220kv及以上1.6%。閃變v101.要求較高的照明0.4%（推薦值）；2.一般照明負荷0.6%（推薦值）。1.衡量點為電網(wǎng)公共連接點（pcc），取實測95%概率值；2.給出閃變電壓限值和頻度的關系曲線，可以根據(jù)電壓波動曲線查得允許值，并給出算例；3.對測量方法和測量儀器做出基本規(guī)定。gb/t 14549-93公用電網(wǎng)諧波各級電網(wǎng)諧波電壓限值（%）電壓（kv） 總畸變率 奇次 偶次0.38 5 4.0 2.0610 4 3

21、.2 1.63566 3 2.4 1.2110 2 1.6 0.8（220kv電網(wǎng)參照110kv執(zhí)行）1.衡量點為pcc，去實測95%概率值；2.對用戶允許產生的諧波電流提供計算方法；3.對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；4.對同次諧波隨機性合成提供算法。gb/t 15543-95三相電壓允許不平衡度1.正常允許2%，短時不超過4%；2.每個用戶一般不得超過1.3%。1.各級電壓要求一樣；2.衡量點為pcc，去實測95%概率值或日累計超標不超過72min，且每30min中超標不超過5min；3.度測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；4.提供不平衡度算法。bt/t 15945-95電力系統(tǒng)頻率允許偏

22、差1.正常允許±0.2hz，根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到±0.5hz；2.用戶沖擊引起的頻率變動一般不得超過±0.2hz。對測量儀器提出了基本要求。1.1.1電壓偏差供電系統(tǒng)在正常運行方式下,某一節(jié)點的實際電壓與系統(tǒng)標稱電壓偏差的百分數(shù)為該節(jié)點的電壓偏差。電壓偏差計算式如下：電壓偏差(%)=(實際電壓-額定電壓)/額定電壓×100% 電能質量供電電壓允許偏差(gb12325-1990)規(guī)定電力系統(tǒng)在正常運行條件下，用戶受電端供電電壓的允許偏差為：(1)35kv及以上供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的正負偏差絕對值之和不超過10%；(2)10kv及以下

23、高壓供電和低壓三相用戶為額定電壓的+7%-7%；(3)220v低壓單相用戶為額定電壓的+7%-10%。1.1.2公用電網(wǎng)諧波諧波(harmonic)，即對周期性的變流量進行傅里葉級數(shù)分解，得到頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量，它是由電網(wǎng)中非線性負荷而產生的。1電能質量公用電網(wǎng)諧波(gb/t14529-1993)中規(guī)定了各電壓等級的總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率的限制值，見表1.2。表1.2 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限制值電網(wǎng)標稱電壓（kv）電壓總諧波畸變率（%）各單次諧波電壓含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.06、104.03.21.635、663.02

24、.41.21102.01.60.81.1.3三相電壓不平衡電能質量三相電壓允許不平衡度(gb/t15543-1995) 規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%，每個用戶不得超過1.3%。該標準還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統(tǒng)正常運行的最小方式下負荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產(運行)周期中的實測值,例如煉鋼電弧爐應在熔化期測量等。在確定三相電壓允許不平衡指標時，該標準規(guī)定用95%概率值作為衡量值。即正常運行方式下不平衡度允許值，對于波動性較小的場合，應和實際測量的五次接近數(shù)值的算術平均值對比；對于波動性較大的場合,應和實際測量的95%的概率值對比

25、；以判斷是否合格。其短時允許值是指任何時刻均不能超過的限制值，以保證保護和自動裝置的正確動作1。1.1.4頻率偏差 電力系統(tǒng)在正常運行條件下，系統(tǒng)頻率的實際值與標稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差。電能質量電力系統(tǒng)頻率允許偏差(gb/t15945-1995)中規(guī)定：電力系統(tǒng)頻率偏差允許值為0.2hz，當系統(tǒng)容量較大時，偏差值可放寬到+0.5hz-0.5hz。1.1.5電壓波動閃變電壓波動(fluctuation)，即電壓方均根值一系列的變動或連續(xù)的改變；閃變(flick)，即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動負荷，如電弧爐、軋機、電弧焊機等引起的1。電能質量電壓波動和閃變(gb12326-2000)

26、，適用于由波動負荷引起的公共連接點電壓的快速變動及由此可能人對燈閃明顯感覺的場合，該標準規(guī)定了各級電壓下的閃變限制值，見表1.3。表1.3 各級電壓下閃變限制值系統(tǒng)電壓等級1kv135kv35220kvpst1.00.9(1.0)0.8plt0.80.7(0.8)0.61.1.6暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓 “暫時過電壓”是指其頻率為工頻或某諧波頻率，且在其持續(xù)時間范圍內無衰減或衰減慢的過電壓；“瞬態(tài)過電壓”為振蕩的或非振蕩的，通常衰減很快,持續(xù)時間只有幾毫秒且為緩波前的(例如一些操作過電壓)或幾十個微秒且為快波前(如雷電過電壓)的過電壓1。表1.4 各類作用電壓的典型波形分類低頻電壓瞬態(tài)電壓持 續(xù)

27、暫 時緩波前快波前陡波前電壓波形電壓波形范圍f=50或60hztd1h10<f<500hz0.03< td <3600s20<t1<5000µst2<20ms0.1<t1<20µst2<300µs3< t1<100ns0.3<f1<100mhz30<f2<300khztd3ms標準電壓波形f=50或60hztd(*)40f62hztd=60st1=250µst2=2500µst1=1.2µst2=50µs在考慮中標準耐受試驗（*）

28、短時工頻試驗操作沖擊試驗雷電沖擊試驗在考慮中（*）在有關設備標準中規(guī)定。1.2電能質量的研究4 目前我國對電能質量的研究主要集中在以下6個方面，并制定了相應的國家標準：（1）gb 123251990供電電壓允許偏差；（2）gb/t 145491993公用電網(wǎng)諧波；（3）gb/t 155431995三相電壓允許不平衡度；（4）gb/t 159451995電力系統(tǒng)頻率允許偏差；（5）gb 123262000電壓波動和閃變；（6）gb/t 184812001暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。 國外對電能質量的研究主要集中在以下7個方面，每一方面還包括若干其他項目：（1）頻率變化；（2）三相電壓不平衡；（3）波

29、形畸變；（4）長持續(xù)時間電能質量問題；（5）短持續(xù)時間電能質量問題；（6）電壓波動和閃變；（7）暫態(tài)電能質量問題。 國內的研究方向是對電能質量綜合評價的質量等級評定。將多維問題向一維加權歸并時，采用了很多不同的方法：模糊數(shù)學法，概率統(tǒng)計特征值法，模糊數(shù)學和概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)相結合的綜合評價方法，層次分析法，層次分析法與模糊評價結合的方法，物元分析法，人工神經網(wǎng)絡法和遺傳投影尋蹤法等等。這些評價方法討論的核心問題是如何科學地將多維電能質量現(xiàn)象向一維進行加權歸并，但由于電能質量各單一指標客觀上的不相關性，導致相對權重難以確定，在數(shù)學模型或訓練樣本上均不同程度地受到人為主觀因素的影響，使評定結果存在

30、一定的不確定性和不可理解性，市場可操作性差。國外文獻采用的電能質量綜合指標定義與管理。法國國家電力公司以電能質量各分類現(xiàn)象，包括電壓中斷、暫降、暫升、幅值偏差、不平衡、諧波等的翠綠色供電合同(emerald contract)限值為基礎，作監(jiān)測結果的比值歸一化處理，并定義監(jiān)測點綜合指標ig(global indi-cator)為歸一后的最大值5。在此研究基礎上，文獻6針對連續(xù)性電能質量問題(文中只包括電壓幅值偏差、不平衡、閃變、諧波4種，沒有提及頻率偏差和電壓中斷)進一步定義了監(jiān)測點綜合指標upqi (unified power quality in-dex),即：當歸一化的數(shù)值都小于1，則u

31、pqi等于其最大值；當存在大于1的數(shù)值時，upqi等于1加上所有指標超過1部分的總和。文獻7對電壓偏差、諧波、不平衡和暫降現(xiàn)象，提出以各供電公司單類指標的平均值為基準將各公司的單類指標歸一化處理，各公司全局化指標為各類歸一化指標的平均值，實現(xiàn)了各供電公司的電能質量評比排序。上述對電能質量綜合指標定義的共同特點是以可接受的限值水平(合同限值、標準限值、監(jiān)測平均值等)為基準，先將各類電能質量監(jiān)測結果歸一化，再取其最大值、平均值或超過部分的累積值等為綜合指標值。各歸一化指標就是其最大限值的百分比，定義簡單，容易理解，可操作性強。法國國家電力公司已將定義的指標應用于實際的監(jiān)測系統(tǒng)以指導運行調度。2.電

32、能質量的發(fā)展趨勢2.1對電能質量指標及其標準的思考(1)電能質量是由供、輸、配、用電多方共同保證的，如圖2.1所示，圖中清楚地顯示電能質量問題可以發(fā)生在整個電力系統(tǒng)（發(fā)電、輸電、配電、用電）中的任何一處8。如果一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題會使其他指標受到污染，而有些問題不僅僅出現(xiàn)在一個環(huán)節(jié)。所以電能質量和指標的制定多方面的協(xié)調問題制定統(tǒng)一的方案；更應該站在管理的角度上，建立一個客觀的、多種指標體現(xiàn)的、綜合的電能質量管理體系，對發(fā)、輸、配、用四方對電能質量的控制和影響進行科學的管理3。發(fā)電1發(fā)電2···發(fā)電n輸電網(wǎng)絡配電 配電···配電用戶群用戶群

33、···用戶群圖2.1 產生電能質量問題的環(huán)節(jié)鏈（2）電能的用戶多而復雜，按照用電部門的屬性來分，可分為市政用電、交通用電、工業(yè)用電和農業(yè)用電，不同部門對電能質量的要求也不盡相同。市政用電和交通用電對電能質量的要求不是很高，但一定要把持用電的連續(xù)性，即使短時的斷電都會引起混亂，也可能會造成政治影響；工業(yè)用電需要滿足基本的指標，否則會使企業(yè)造成難以估計的損失，會影響我國的經濟發(fā)展；農業(yè)用電最大的特點是季節(jié)性，在其用電高峰期電能一定要得到保證，但農業(yè)用電對電能質量的要求非常低。同時我們要重視不同電力負荷對電能質量的反作用，所以在電能質量標準的制定上要考慮到負荷分類問題，

34、可以有一定的靈活性9。（3）對電能質量指標的評定要有一個綜合的經濟評估體系10。一方面電能質量是多指標的有機綜合，現(xiàn)有簡單的兩極評判體系不能全面、真實地反映電能質量；另一方面在電力市場化的環(huán)境下，迫切需要改變現(xiàn)有的電能質量評定模式，拓展質量的含義，從而建立一種客觀的評定方法，將各項指標綜合評定，得出一個量化的描述，以作為全面考核供電質量的依據(jù)1。（4）電能質量的某些指標會相互影響，所以制定指標的時候要將不同指標間的影響考慮在內，制定科學的電能質量基本指標。（5）電能質量指標的制定是以統(tǒng)計為依據(jù)的，根據(jù)統(tǒng)計學原理，在統(tǒng)計的過程中要選取盡量大的樣本；在實際情況中也會遇到不同的特殊情況，所以應當制定

35、一套適當?shù)臉藴蕘響獙μ厥馇闆r。2.2 20世紀末對電能質量要求的新發(fā)展11隨著新技術的不斷發(fā)展,特別是計算機技術、大功率電力電子技術、自動化及控制技術的迅速發(fā)展以及電力市場的產生和發(fā)育,廣大電力用戶和電力企業(yè)對電能質量的基本概念和具體要求有了根本性變化。關于電能質量的擾動問題,一直受到各國的密切關注。ieee第22標準協(xié)調委員會(standards coordinating committee 22)(電能質量)和其他國際委員會推薦采用11種專用術語來說明電能質量的主要擾動。（1）斷電（2）頻率偏差（3）電壓下跌（4）電壓上升（5）瞬時脈沖（或突波）（6）電壓波動（7）電壓切痕（8）諧波畸變圖

36、2.2 電能質量我國8種主要擾動 (1)斷電(interruptions)在一定時間內,一相或多相完全失去電壓(低于0.1p.u.)稱為斷電。斷電按持續(xù)時間分為三類:瞬時斷電 0.5周波至3 s；暫時斷電 3 s至60 s；持續(xù)斷電 >60 s。(2)頻率偏差(frequency deviations)各國均已作出具體規(guī)定。(3)電壓下跌(sags)持續(xù)時間為0.5周波1 min,幅值為0.1 p.u.至0.9 p.u.(標幺值),系統(tǒng)頻率仍為標稱值。(4)電壓上升(swells)電壓(或電流)暫時性超過標稱值10%者稱為電壓上升。系統(tǒng)頻率仍為標稱值。持續(xù)時間為0.5周波1 min,幅值

37、為1.1 p.u.至1.8 p.u.(標幺值)。(5)瞬時脈沖或突波(transients)瞬時脈沖表示了在兩個連續(xù)穩(wěn)態(tài)之間的一種在極短時間內發(fā)生的現(xiàn)象或數(shù)量變化。瞬時脈沖可以是任一極性的單方向脈沖,也可以是發(fā)生在任一極性的阻尼振蕩波第一個尖峰。(6)電壓波動(voltage fluctuations)電壓波動是在包絡線內的電壓的有規(guī)則變動,或是幅值通常不超出0.9 p.u.至1.1 p.u.電壓范圍的一系列電壓隨機變化。這種電壓變化往往稱作閃變(flicker)。閃變這個專用術語是來自電壓波動對照明燈的視覺影響。對輸配電系統(tǒng)產生電壓閃變的最常見原因是電弧爐。(7)電壓切痕(notches)電

38、壓切痕是一種持續(xù)時間小于0.5周波的周期性電壓擾動。電壓切痕主要由于電力電子裝置在有關兩相間發(fā)生瞬時短路時電流從一相轉換到另一相而產生的。電壓切痕的頻率會非常高,因此用常規(guī)的諧波分析設備是很難測量出電壓切痕的。這就是過去從未有過此項電壓擾動內容,直到最近才正式列入的原因。(8)諧波(harmonics)含有基波整倍數(shù)頻率的正弦波電壓或電流稱為諧波。產生畸變后的波形可分解為基波和許多諧波之和。諧波是由于電力系統(tǒng)和電力負荷中設備的非線性特性造成的。諧波有奇次(又可分為3的倍數(shù)和非3的倍數(shù))和偶次之分。隨著用電裝置對諧波敏感性的日益增加,高次諧波越來越受到注意并規(guī)定了限額。(9)間諧波(interh

39、armonics)含有基波的非整倍數(shù)頻率的電壓或電流稱為間諧波。小于基波頻率的分數(shù)諧波(fractional harmonics)亦屬于此類。間諧波的主要來源是靜止變頻器(statifrequency converter)、循環(huán)換流器(cyclo converter)、感應電動機和電弧發(fā)生裝置等。間諧波會使顯示裝置引發(fā)視覺閃變。(10)過電壓(overvoltages)過電壓是指電壓幅值超過標稱電壓且持續(xù)時間大于1 min。過電壓的幅值為1.1 p.u.至1.2 p.u.。(11)欠電壓(undervoltages)欠電壓是指電壓幅值小于標稱電壓且持續(xù)時間大于1 min。欠電壓的幅值為0.8

40、p.u.至0.9 p.u.。2.3現(xiàn)代電能質量監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢12 監(jiān)測電能質量是電力公司了解其電力系統(tǒng)性能并使之滿足用戶需求的前提，是分析和解決電能質量問題的第一步，是在電力市場交易中建立電能質量等級服務標準和檢驗供電部門能否達到合同約定的電能質量水平的技術和數(shù)據(jù)基礎并為對電能質量進行綜合性評估提供了切實的依據(jù)。隨著網(wǎng)絡通信技術和信息技術的迅速進步，為適應當代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，電能質量監(jiān)測技術正朝著網(wǎng)絡化、信息化、標準化、智能化的方向發(fā)展12。（1）監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡化 監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡化，可以實現(xiàn)同一供電系統(tǒng)對不同地點電能質量的監(jiān)測，也可實現(xiàn)多個局域系統(tǒng)的集中監(jiān)測，對全系統(tǒng)電能質量可進行多層

41、分析和評估，有助于針對存在的電能質量問題提出合理的治理方案。監(jiān)測數(shù)據(jù)量的龐大，數(shù)據(jù)共享性的要求不斷提高，以及多角度觀測的需求，使得原始的局域網(wǎng)很有可能不能滿足需求。未來的發(fā)展一定會建立在寬帶通信和光纖網(wǎng)絡的技術支撐上，網(wǎng)絡的拓撲結構直接反映著電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的總體水平。（2）監(jiān)測體系的信息化 從監(jiān)測內容來看，首先，監(jiān)測點要求信息的實時性加強了，實時數(shù)據(jù)的傳輸需要面向連接，頻度為秒級，比特率可變，且具有較高的精度等級；其次，為保證系統(tǒng)可靠性和安全性，信息的傳送必須快且準。拒送、誤送或者延遲都可能導致事故；再次，涉及的是多業(yè)務的靈活性，電力系統(tǒng)中關于生產和管理所需的批次信息和其它數(shù)據(jù)也將在通信網(wǎng)傳

42、輸，這類業(yè)務包括上傳報表、文件等數(shù)據(jù)業(yè)務，其傳輸?shù)念l度及應用類型都較為隨機，要求傳輸網(wǎng)絡具有較高的靈活性和擴展性。因此，傳統(tǒng)的電力通信向實時、可靠、高速，并集成語音、數(shù)據(jù)、圖像等各類業(yè)務為一體的信息化綜合性網(wǎng)絡方向發(fā)展十分必要。（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)的標準化監(jiān)測系統(tǒng)的標準化包括數(shù)據(jù)格式的標準化和顯示界面的標準化。電能質量監(jiān)測實時數(shù)據(jù)量相當龐大，而且要求數(shù)據(jù)可以共享并能進行多角度觀察，因此對于數(shù)據(jù)格式的設計應該有嚴格的統(tǒng)一的規(guī)定。數(shù)據(jù)格式標準化，使得數(shù)據(jù)的共享與傳輸就顯得輕而易舉了。ieee 標準委員會提出了一種通用的數(shù)據(jù)文件格式作為通用的平臺pqdif（power quality data inter

43、change format）。pqdif 是種平面文件結構，由各記錄鏈接而成，通過標記元素結構將數(shù)據(jù)的物理屬性和邏輯屬性分離，具有良好的擴展性和壓縮性，解決了數(shù)據(jù)量龐大的問題，也實現(xiàn)了電能質量物理屬性的多角度觀察，其功能又類似于中間件，使多數(shù)據(jù)源具有良好的兼容性，便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為分析電網(wǎng)的電能質量問題以及實現(xiàn)電能質量管理和分析系統(tǒng)提供一種很好的平臺。目前，pqdif 已經成為先進國家信息標準化的趨勢。在具體的工程實踐中，監(jiān)測系統(tǒng)需要自動連接對應站點，實時接收站點的測量數(shù)據(jù)、波形、頻譜，并顯示于客戶端，還供隨時調閱數(shù)據(jù)。因此，為了提高系統(tǒng)信息共享的檔次；易于工作人員之間交流經驗；各站點之間、

44、各監(jiān)測儀器之間相互交換數(shù)據(jù)更方便；明確顯示每個監(jiān)測儀器、子系統(tǒng)及主系統(tǒng)各項功能，便于比較，在數(shù)據(jù)設計格式統(tǒng)一化、標準化的基礎上，監(jiān)測系統(tǒng)還要求顯示界面的規(guī)格化、統(tǒng)一化、標準化。這也是加快信息化和網(wǎng)絡化的步伐之一。（4）監(jiān)測評估的智能化電能質量監(jiān)測技術需要利用先進的數(shù)學方法和工具對電能質量現(xiàn)象和實測數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、整理和報告表述，還需要對電能質量擾動做出科學的評估，為電力部門改善電能質量提供決策依據(jù)，因此，電能質量的專家分析系統(tǒng)各功能模塊的設計應向智能化和科學化方向發(fā)展。3. 電能質量評估方法比較與分析3.1電能質量評估的必要性由于不同的用電設備對電能干擾的敏感度各有不同，且用戶因為電能質量

45、問題所導致的損失也不同，所以用戶對電能質量關注的方面和程度也有所不同。圖3.1從客觀上分析了不同用戶對電能質量的不同需求，在主觀上給出了在電力市場的條件下，供電公司對于用戶不同選擇的應對措施。調查結果表明絕大多數(shù)用戶（包括居民）所受的影響累計起來損失很大，但他們不愿為提高電能質量而支付任何額外費用，所以在電力市場條件下居民用戶代理選擇不同的供電方，即選擇電能質量綜合性能比較好的供電方，這就需要我們對電能質量進行綜合評估，而供電方也要不斷提高電能質量的綜合性能來改善用戶的生活品質。較高的綜合性能會吸引大多數(shù)用戶，例如居民，而對于特殊用戶或者少數(shù)大用戶，他們會關注電能質量的某些指標，而他們也愿意為

46、此支付額外的費用，這是供電方的高價值端用戶，會為供電方帶來不少利潤。所以電能質量的單項指標評估與綜合評估都是非常重要的?？陀^性主觀性個性化要求的特征（特殊用戶或少數(shù)大用戶）1.設備對個別現(xiàn)象敏感，愿為個別或部分指標作要求并付費；2.設備產生個別顯著的干擾，并為干擾作投資或付費；3.在電力市場下，用戶可針對個別指標選擇不同的供電方。電力公司1.對敏感用戶改善供電環(huán)境；2.對干擾用戶約束/隔離罰款/敦促治理。單項指標高標準給敏感用戶；低約束給干擾用戶電能質量結論：1.作為被選擇方或主動爭取用戶方，以方面需要以個性化指標全力爭取大用戶（高價值）；另一方面，隨著經濟發(fā)展，居民用電市場增大，需要綜合指標

47、吸引大多數(shù)用戶；2.工藝責任要求全面提高服務，需要有綜合評價指標衡量，評比。特征分類暫態(tài)/離散（事件）型穩(wěn)態(tài)/連續(xù)型我國標準gb/tdl/tgbgb/tgbgb/tgb/t瞬態(tài)過電壓諧振過電壓工頻過電壓長時間中斷/可靠性電壓偏差諧波頻率偏關ieee std 1159瞬變沖擊脈沖瞬變振蕩電壓暫升電壓暫降短時間中斷電壓長時間變動電壓不平衡電壓波動和閃變（間）諧波直流偏置陷波綜合指標保證一定利潤下不斷提高標準iec單方向瞬變振蕩性瞬變工頻過電壓長時間中斷電壓偏差間）諧波直流偏置信譽損失與公益性責任高頻傳導現(xiàn)象低頻傳導現(xiàn)象大眾化要求的特征（絕大多數(shù)用戶）1.調查結果表明絕大多數(shù)用戶（包括居民）所受的影

48、響累積起來，損失很大，但他們不愿為提高電能質量而支付額外費用；2.在電力市場下，居民用戶代理選擇不同的供電方。圖3.1 用戶對電能質量的要求及供電公司應對的措施分析注：圖中電能質量分類的空白處表示還沒有對應機構的標準3.2幾種評估方法的基本原理13 目前，已經有多篇文獻對電能質量綜合評估方法進行了研究探討。主要包括基于概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)的方法、基于模糊數(shù)學的方法、概率論與模糊數(shù)學相結合的方法、層次分析法與模糊數(shù)學相結合的方法等，近兩年來還出現(xiàn)了利用物元分析法來進行電能質量綜合評估，這些方法均在不同方面顯示出各自的優(yōu)缺點，值得借鑒與學習。3.2.1概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)的方法確定電能質量評估的時間段

49、將電能質量的各指標按國標和實際需求劃分等級求電能質量各指標對應各等級的概率分布求電能質量各指標的概率分布的期望值和方差，并將其標幺化用矢量代數(shù)方法將期望和方差的標幺值歸一量化，從而得到評估指標的唯一量化指標對歸一量化值進行分級，評定電能質量所處等級圖3.2 概率論與數(shù)理統(tǒng)計評估方法流程圖根據(jù)上述流程圖，其評估步驟為：（1）確定電能質量評估的時間段（如一天24小時）電能商品的生產和銷售具有日、周和季等周期特性，因此需要選定一定的周期作為評估時間段，所選的周期應能夠很好的描述短期和長期負荷消費的電能質量情況，一般取24小時。（2）將電能質量的各指標按國家標準和實際需求劃分等級（3）求電能質量各指標

50、對應各等級的概率分布在所確定的時間段的時長范圍內，求出電能質量指標在每一級的時長，則該指標處于第k級的概率分布pk=該指標在第k級的時長/整個時間段的時長（24小時）。概率分布pk完整的描述了一天24小時電網(wǎng)該項指標各級的狀況。（4）求電能質量各指標的概率分布的期望值和標準差值，并將其標幺化人們實際需求的是各項指標的平均值和離散情況，所以可以根據(jù)概率和數(shù)理統(tǒng)計原理，用概率分布pk期望值e(k)和標準差(k)來反映該指標的特性。然后由專家打分或按實際要求確定期望和標準差的基準值eb(k)、b(k)，對求得的期望值e(k)和標準差(k)進行標幺化，求其標幺值e*(k)、*(k)。（5）用矢量代數(shù)方

51、法將期望和標準差的標幺值歸一量化。用矢量代數(shù)的方法將兩個標幺值歸一量化為一個指標q*，對這個指標標幺化，得到q=q*/2，則q就是表述該項指標特性的唯一量化指標。（6）對歸一量化指標進行如下分級，則歸一電能質量指標越小，綜合電能質量越好。3.2.2基于模糊數(shù)學的方法目前，模糊數(shù)學理論在處理電能質量綜合評估問題上，主要有模糊模式識別和模糊綜合評價兩種方法，它們的具體評估流程如圖3.3和圖3.4。將電能質量劃分為若干等級形成指標隸屬度樣本集建立電能質量各項指標的模糊模型將實測數(shù)據(jù)代入模糊模型得到各項指標的模糊集合取模糊集合的算術平均數(shù)得到各項指標的隸屬度，并將其用隸屬度集合表示采用海明距離貼近度求

52、出隸屬度集合于電能各等級的貼近度判斷電能質量屬于哪一等級圖3.3 模糊式識別方法流程圖建立電能質量各項指標的隸屬度函數(shù)代入測試數(shù)據(jù)得到的各項指標的所有數(shù)據(jù)的隸屬度對每項指標進行等級評定求出所有數(shù)據(jù)在各等級的百分比根據(jù)實際情況對二級評判進行因素劃分采用模糊綜合評判進行等級判斷圖3.4 模糊綜合評判方法流程圖3.2.3概率論與模糊數(shù)學相結合的方法根據(jù)國標對電能質量各項指標分級用概率統(tǒng)計方法對各項指標分級評估得到各指標各級的概率將所有指標的概率分布按等級排成矩陣將該矩陣與權重矢量相乘得到各級電能質量的評估結果矩陣對所得矩陣采用加權平均法處理得到電能質量的評估結果圖3.5 概率論與模糊數(shù)學相結合的方法

53、流程圖針對概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)方法和模糊數(shù)學方法各自的優(yōu)缺點，文獻14提出了概率論與模糊數(shù)學相結合的電能質量綜合評估方法，其評估流程如圖3.5所示。此種法首先對電能質量的各項指標進行分級，然后運用上述概率統(tǒng)計的方法對各指標分級進行評估分析，得到各個指標各級的概率分布p，將每個指標的第k級概率分布pk按順序排列成矩陣bm×n（m表示電能質量的指標項數(shù)，n表示每個指標都被分為n級,bi,j即表示電能質量第i項指標的第j級的概率分布，i 1,m ,j 1,n）。把矩陣b與相應的的權重矢量a1×m乘，得到一個含有n個數(shù)據(jù)的矩陣c1×n。權重矢量a1×m的元素為與b

54、中相對應的電能質量的某項指標的權重值，具體數(shù)值由實際需要而定。矩陣c的n個數(shù)據(jù)為各級電能質量的評估結果。最后，對矩陣c應用加權平均法處理得到一個數(shù)據(jù)d，就是電能質量的唯一量化評估結果。此種方法在初始數(shù)據(jù)采集和處理過程中應用概率統(tǒng)計方法，既保證了評估過程的客觀性，避免了人為主觀因素的不良影響，又可以有效地體現(xiàn)各分項指標的主要特征。在數(shù)據(jù)評估階段，引入了權重矢量，體現(xiàn)了各單項指標的重要性，能夠滿足用電個性化的需求，但是如何確定權重矢量，以克服主觀因素的影響，尚需進一步改善。3.2.4層次分析法層次分析法（analytic hierarchy process，ahp）是由美國運籌學家t.l.satt

55、y于20世紀70年代創(chuàng)立的一種將定性與定量分析相結合的多目標決策方法。它的基本思想是將復雜的問題分解成各組成因素，然后按因素的支配關系分成有序的遞階層次結構；通過兩兩比較判斷形成確定每一層次中因素的相對重要性，最后在遞階層次結構內進行合成，得出決策因素相對目標的重要性的總的順序，為決策者提供選擇方案的理論依據(jù)。通過層次分析法可對評估對象進行主觀賦權。建立層次遞階結構構成判斷矩陣層次單排序及一致性檢驗層次總排序（計算權重及檢驗）圖3.6 層次分析法流程圖根據(jù)上述流程圖，其步驟為：（1）建立層次遞階結構。層次遞階結構通?？蓜澐譃槟繕藢?、準則層和方案層。對于電能質量綜合評估，可建立如圖3.7所示的遞

56、階結構。a層電能質量b層電壓質量頻率質量c層電壓偏差閃變波動諧波三相不平衡頻率偏差圖3.7 電能質量評估層次遞階結構（2）構成判斷矩陣。判斷矩陣表示針對上一層某元素，本層次有關元素之間相對重要性的狀況，通常用標度1、2、3、9及它們的倒數(shù)來表示相對重要性。（3）層次單排序及一致性檢驗。層次單排序是指，根據(jù)判斷矩陣計算對于上一層某元素而言本層與之相關聯(lián)的元素重要性次序的權值，它是層次總排序的基礎。層次單排序可以歸結為計算判斷矩陣的特征值及特征向量問題。（4）層次總排序（計算權重及檢驗）。利用同一層次中所有元素的層次單排序結果，可以計算針對上一層次而言本層次所有元素重要性的權值，即層次總排序。層次

57、總排序需要從上至下逐層進行，對于最高層，層次單排序即為總排序。最后還要對層次總排序進行一致性檢驗。文獻15在層次分析法的基礎上，進一步對各單項電能質量指標進行客觀賦權，得到了主客觀權重相結合的可變權重，該權重可隨被評價對象的具體質量情況變化。3.2.5物元分析法物元分析法（matter element analysis）最早由我國學者蔡文提出，它是研究解決矛盾問題規(guī)律的方法。它可以將復雜問題抽象為形象化的模型，并應用這些模型研究基本原理，提出相應的應用方法。利用物元分析方法，可以建立事物多指標性能參數(shù)的質量評定模型，并能以定量的數(shù)值表示評定結果，從而能夠較完整地反映事物質量的綜合水平，并易于計

58、算機進行編程處理。物元分析法將事物名稱n，其特征量c以及特征量的量值v組成一個3元組(n,c,v)=r作為描述事物的基本元，簡稱物元。首先，建立評價系統(tǒng)的基本模型，該模型包括經典域物元、節(jié)域物元和待評估物元；然后，計算待評估目標的距、關聯(lián)函數(shù)和權系數(shù)；最后，評定待評估對象的等級。其中，“域”表示評價等級關于評價參數(shù)的量值域。根據(jù)國標對電能質量各項指標進行分級確定經典域物元確定節(jié)域物元確定待評估物元待評估目標關聯(lián)值的計算目標權重的計算質量等級的評定圖3.8 物元分析法流程圖文獻16提出了基于物元分析和ahp的電能質量綜合評價方法，其評估流程如圖3.8所示。其算法關系式如下：（1）將各項電能質量等

59、級進行分級假定評估主要考率的電能質量指標包括：c1=(電壓偏差)，c2=(三相不平衡)，c3=(閃變)，c4=(頻率偏差)，c5=(諧波),并將質量等級確定為k1=(優(yōu))，k2=(良)，k3=(中)，k4=(合格)，k5=(差)。（2）確定經典域物元所謂經典域，是指各個電能質量等級關于對應各單項電能質量指標所取的數(shù)據(jù)范圍。（3）確定節(jié)域物元所謂節(jié)域，是指質量等級的全體關于某項指標所取的量值范圍。（4）確定待評估物元待評估物元即為各單項電能質量指標的實測值。（5）待評估目標關聯(lián)值的計算關聯(lián)值表示評估對象符合某等級范圍的隸屬程度。當關聯(lián)值大于零，表示該元素具有此性質；當關聯(lián)值小于零，表示該元素不具

60、有該性質；當關聯(lián)值等于零，表示該元素既具有該性質，又不具有該性質，為零界元素。通過關聯(lián)值，可以定量地描述任意元素關于某個域（即質量等級）的程度，而且對于同一域的元素，也可以通過關聯(lián)值的大小區(qū)分出不同的層次。（6）目標權重的確定（7）質量等級的評定將所得到的關聯(lián)值矩陣k與權重，通過式p =×k進行計算，即可得到最終的綜合評估結果向量p。向量p中的因子代表了綜合評估結果對各個質量等級的關聯(lián)程度。取其中最大值所隸屬的質量等級為最終評定等級。通過物元分析法，不僅將原來模糊評價方法的評價區(qū)間0，1擴展到,+，而且不存在模糊評價中如果隸屬度近似，難于取舍的問題，能夠更清晰的區(qū)分評價結果具體歸屬。

61、3.3電能質量評估方法比較與分析16文獻14對電能質量綜合評估方法進行了實例分析，實例分析結果總結為下表：表3.1 電能質量綜合評估方法結果比較概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)法概率論與模糊數(shù)學相結合層次分析法物元分析法rbf精神網(wǎng)絡方法遺傳投影尋蹤方法1#變電鐵經過前電鐵經過4級5級3級4級3級3級5級6級4級5級5級6級2#變電鐵經過前電鐵經過4級6級3級5級3級4級4級6級3級5級5級6級從上表的評估結果比較可以看出，幾種綜合評估方法結果近似，在評估等級上稍有差異。其中，概率論與模糊數(shù)學相結合、層次分析法評估結果近似，評估等級偏低；rbf神經網(wǎng)絡方法評估等級居中；概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)方法、物元分析法以及

62、遺傳投影尋蹤方法的評估結果近似，評估等級偏高。概率統(tǒng)計與矢量代數(shù)方法能夠抓住電能質量單項指標的主要特征，但是其評估結果會受到期望和標準差的基準值取值的影響；概率論與模糊數(shù)學相結合的方法能夠體現(xiàn)電能質量的模糊性，層次分析法能夠以定性與定量相結合的方式反映決策者的決策信息，物元分析法克服了模糊評價中隸屬度近似時難于取舍的問題，但是上述評估方法的評估結果都會不同程度地受到權重取值的影響，如果能夠克服權重取值的人為因素影響，將會具有更好的可行性。而rbf神經網(wǎng)絡方法和遺傳投影尋蹤方法，在評估過程中無需任何人為賦權，通過計算模型的自適應調整，即可得到較為理想的評估結果。因此，這兩種方法可以克服人為主觀因

63、素的影響，具有較高的可信度和較好的實用性。4. 仿真系統(tǒng)設計與實驗結果4.1仿真電網(wǎng)程序圖及參數(shù)圖4.1 系統(tǒng)仿真程序圖此系統(tǒng)的電源部分參照實船，所用的發(fā)電機是上海電氣集團股份有限公司上海電機廠型號為tfh-400/6的凸極式同步發(fā)電機（船舶專用），并且添加諧波電流監(jiān)測部分。 發(fā)電機各參數(shù)如下：power= 400kva； line voltage=400v； frequency=50v；xd =1.728；xd=0.384；xd=0.1793； xq =0.865； xq=0.181； xl =0.113；td=0.444 s； td=0.00975s； ta =0.0317s； rs =0.00568； rf =0.1805。4.2實驗結果監(jiān)測數(shù)據(jù)電流波形圖（scope1）（注：圖4.2、圖4.3、圖4.4引自“船舶電能質量參數(shù)中電流綜合監(jiān)測方法探索（徐蕾）”學士學位論文。）圖4.2 a相電流波形圖圖4.3 b相電流波形圖圖4.4 c相電流波形圖電流諧波畸變圖(s