变电站电能质量分析方法探讨论文
摘要：电网系统作为居民生产生活的主要动力来源，对国家经济正常发展起着重要作用。变电站作为我国现阶段配电网络的重要节点，关于变电站可靠性和电能质量的研究日益受到人们的关注。本文详细的对变电站电能质量存在的问题进行了分析，同时本文对一些电能质量测量和分析的方法进行了探讨。
关键词：变电站；电能质量；分析方法
0 引言
我国近年来电力事业取得了快速的发展，于此同时人们对电网的可靠运行的要求也越来越高。电能质量的可靠性对于社会的安全生产中的影响越来越大。它直接影响到相关电力用户的正常的生产活动甚至影响到人们的生命健康。变电站作为电能运输和变换的重要节点，对电能质量起着重要的作用。本文对分析了的变电站电能质量存在的一些问题，并对电能质量的分析方法进行了叙述。
1 电能质量的相关问题
随着经济的快速发展，大功率的电力电子设备被越来越多的工厂采用。这类设备的大量应用造成了非线性负荷的快速增加，反馈到电网中后会造成谐波、无功功率和波动与闪变等电能质量的变坏。电能质量变坏后会造成大量的线路能耗并且危及整个电网的安全。例如当电网中的谐波含量过大时会造成线路中的电流畸变非常严重同时会产生额外的电能损耗使线路过热最终会导致线路发生火灾。另外，当谐波含量很大超出线路设计的要求时会影响各种电气设备的安全运行同时会引起线路局部的并联或者是串联谐振导致严重的后果。变电站作为电能传输的重要节点，能够对线路的电能质量进行准确的分析，并能够根据分析结果采取措施改善电网的电能质量。电能质量问题如下表一所示：
2 电能质量分析方法
现阶段对电能质量的分析一般包括时域，频域和基于某种变换的三大类分析方法。本文对这三大类分析方法进行了一定的探讨。
2.1 时域分析法
时域分析法是利用时域仿真程序对相关的电能质量进行分析的方法，这类分析方法在电能质量分析中应用的广。现阶段比较常用的时域分析方法包括以下几种EMTP/ATP,NETOMZC,SPICE和SABER等等。电网中各种设备一般都可以用一定数量的R、L、C等原件通过不同的组合进行相关的模拟。根据建立的相关模型通过计算机按照相应的时域分析法对线路的电能变化进行相应的运算模拟。这类方法一般可以通过百年步长，变阶次和梯形积分进行相关的计算。该类方法可以在较短的时间内对电网线路进行模拟，但是由于模拟的步长决定了模拟的精确度和频率的范围，因此要在模拟的是要知道频率的变化范围。时域分析法一般应用于以下几种类型：对于大功率的电弧炉电压闪变的模拟；对于电容器的.不固定投切造成的暂态现象进行分析；对电气设备不正常接地引起的电能质量问题进行模拟。
2.2 频域分析方法
现阶段频域分析方法一般用于谐波频率分析、谐波的潮流计算和混合谐波潮流计算等电能质量的分析。[2]在谐波的分析中，
上式中，Y_m代表线性网络的导纳矩阵，U_m代表网络节点的电压， I_m代表网络节点的电流矢量，m代表电路谐波的次数。通过向电网网络中注入电流，根据上式可以求出每个节点谐波的输入阻抗和转移阻抗。对于非线性网络中，利用该类方法可以进行谐波的潮流计算。这类方法计算比较简单，在实际的应用中被广泛的采用。但是对于非线性网络而言有时计算的误差比较大。一般而言频率扫描和谐波潮流计算对于电力电子器件等非线性负荷的动态模拟具有局限性。混合谐波潮流计算分析方法由于能够很好的反映非线性负荷的动态特性，模拟的准确度高越来越受到人们的关注。但是混合谐波潮流计算的计算过程非常复杂计算所花的时间比较多。
2.3 基于某种变换的分析方法
基于某种变换的分析方法近年来在电能质量分析中被广泛的采用，基于某种变换的分析方法一般包括傅里叶变换、小波变换、神经网络、勃朗尼分析法等五种分析方法。
2.3.1 傅里叶变换法
Fourier变换法是传统经典的分析方法，他一般应用在实时监测系统中，Fourier变换法包括快速傅里叶变换（FFT）和短时傅里叶变换法（STFT）两种变换方法。
连续信号x(t)的傅里叶变换公式
快速傅里叶变换（FFT）作为广泛采用的变换方法它具有正交、完备等诸多优点。在采用快速傅里叶变换（FFT）时要满足以下几个条件（1）变换必须满足采样定理；（2）分析的信号波形必须是是具有周期性变化和稳态的波形。另外快速傅里叶变换（FFT）是对全部时间段进行的分析，一旦信号被*扰或者是出现突变现象都会影响整个频谱。短时傅里叶变换法（STFT）即是使用加窗的原理对很小的时间段信号进行相应的采集，从而能够采用傅里叶变换对不稳定的信号进行处理。但是STFT依然存在很大的局限性，一般STFT只适合于对变化不是特别大的信号进行分析，另外STFT是采用离散分析法无法进行正交导致算法运算非常的复杂。
2.3.2 小波变换法
小波变换法的窗口是固定的但是它的形状是可以变换的，具有很好的自适应性，因此能够很好地解决FFT和STFT具有的不足之处并且能够很好的处理突变信号。在小波变换中常用的算法是多尺度分析法即MRA 算法。MRA 算法的计算公式可以表示为：
在上式中C0表示0尺度分析系数，k代表变换系数，dj用来代表小波变换的系数。另外在小波变换中φ代表尺度函数用来分解和重构信号。MRA 算法是小波变换中最重要的经典算法，它能够很准确的检测信号中的突变或者是非常不平稳的信号。另外它还能够区分不同的扰动源，与传统的的拉布拉斯变换相比较它需要的数据存储空间大大的减少。但是从另一方面来讲，MRA 算法无法准确的对基波信号进行检测，甚至无法准确的检测源信号的谐波分量。
2.3.3 二次变换法
二次变换法又称为ＱＴ变换，它是根据能量变换进行的时频混合的变换方法。信号x(t)即代表信号的时间变化又代表能量随时间变化的函数。因此二次变换法的公式如下：
上式一般被称为Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution。式中h代表窗函数。它的优点是能够准确的检测到突变信号并且对基波和谐波的准确的测量分析，但是该方法无法准确的对源信号的谐波进行准确的分析测量。
结语
变电站电能质量分析方法的研究具有重要的意义，它能够保证在电网中有大量的非线性电力电子设备投入使用时及时的发现电能质量问题，并且快速做出反应保证电网的电能质量符合国家相关的标准。本文对时域分析、频域分析和基于某种变换的分析三种电能质量分析方法进行了探讨，在探讨中发现每一种电能质量分析方法具有优点也都同时存在不足。另外，随着技术的不断发展传统的电能质量检测仪器由于各种因素的影响已经不能准确的反映电能质量问题，因此我们在变电站要采用先进的算法建立有效的分析识别系统准确的反映电能质量各个指标的变化情况。