電能質量分析方法

3.電能質量分析方法

3.1時域仿真法

時域仿真方法在電能質量分析中的應用*為廣泛，其*主要的用途是利用各種時域仿真程序對電能質量問題中的各種暫態現象進行研究。目前較通用的時域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等係統暫態仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等電力電子仿真程序。

采用時域仿真計算的缺點是仿真步長的選取決定了可模仿的*大頻率範圍，因此必須事先知道暫態過程的頻率覆蓋範圍。此外，在模仿開關的開合過程時，還會引起數值振蕩。

3.2頻域分析法

頻域分析方法主要包括頻率掃描、諧波潮流計算和混合諧波潮流計算等，該方法多用於電能質量中諧波問題的分析。

頻率掃描和諧波潮流計算在反映非線性負載動態特性方麵有一定局限性，因此混合諧波潮流計算法在近些年中發展起來。其優點是可詳細考慮非線性負載控製係統的作用，因此可**描述其動態特性。缺點是計算量大，求解過程複雜。

3.3基於變換的方法

在電能質量分析領域中廣泛應用的基於變換的方法主要有FOURIER變換、神經網絡、二次變換、小波變換和PRONY分析等5種方法。

3.3.1FOURIER變換

FOURIER變換是電能質量分析領域中的基本方法，在實時係統中，通常采用短時FOURIER變換方法（STFT）和快速FOURIER變換方法（FFT）。

FOURIER變換的優點是算法快速簡單。

但其缺點也很多：

（1）雖然能夠將信號的時域特征和頻域特征聯係起來觀察，但不能將二者有機地結合起來。

（2）隻能適應於確定性的平穩信號（如諧波），對時變非平穩信號難以充分描述。

（3）STFT的離散形式冇有正交展開，難以實現高效算法；隻適合於分析特征尺度大致相同的過程，不適合分析多尺度過程和突變過程。

（4）FFT變換的時間信息利用不充分，任何信號衝突都會導致整個頻帶的頻譜散布；在不滿足前提條件時，會產生“旁瓣”和“頻譜泄露”現象。

3.3.2神經網絡法

神經網絡理論是巨量信息並行處理和大規模平行計算的基礎，它既是高度非線性動力學係統，又是自適應組織係統，可用來描述認知、決策及控製的智能行為。

神經網絡法的優點是：

（1）可處理多輸入－多輸出係統，具有自學習、自適應等特點。

（2）不必建立**數學模型，隻考慮輸入輸出關係即可。

缺點是：

（1）存在局部極小問題，會出現局部收斂，影響係統的控製精度；

（2）理想的訓練樣本提取困難，影響網絡的訓練速度和訓練質量；

（3）網絡結構不易優化。

3.3.3二次變換法

二次變換是一種基於能量角度來考慮的新的時域變換方法。該方法的基本原理是用時間和頻率的雙線性函數來表示信號的能量函數。

二次變換的優點是：可以準確地檢測到信號發生尖銳變化的時刻；**測量基波和諧波分量的幅值。缺點是：無法準確地估計原始信號的諧波分量幅值；不具有時域分析功能。

3.3.4小波分析法

小波變換是新的多尺度分析數字技術，它通過對時間序列過程從低分辨率到高分辨率的分析，顯示過程變化的整體特征和局部變化行為。常用的小波基函數有：DAUBECHIES小波、B小波、MORLET小波MEYER小波等。

小波變換的優點是：

（1）具有時－頻局部化的特點，特彆適合突變信號和不平穩信號分析。

（2）可以對信號進行去噪、識彆和數據壓縮、還原等。

缺點是：

（1）在實時係統中運算量較大，需要如DSP等高價格的高速芯片。

（2）小波分析有“邊緣效應”，邊界數據處理會占用較多時間，並帶來一定誤差。

3.3.5PRONY分析法

PRONY分析衰減的思想類似於小波。在該方法中，信號總是被認為可以由一係列的衰減的正弦波構成，這些衰減正弦波類似於小波函數。所以PRONY分析方法和小波一樣，可以做多尺度的信號分析。PRONY分析的主要缺點是計算時間過長。