【电能信号质量检测】基于HHT暂态电能质量多扰动信号检测（简单中断）附Matlab代码-优快云博客

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🔥 内容介绍

传统时频分析方法在处理复杂的故障信号时存在一定的局限性，已经不能满足电力系统发生故障和复杂扰动时的电力信号的实时分析的需要。本文应用Hilbert-Huang变换(HHT)进行电能质量暂态多扰动信号的分析与研究。

Hilbert-Huang变换(HHT)是一种新的非平稳信号处理技术，该方法由经验模态分解(EMD)与Hilbert谱分析两部分组成。任意的非平稳信号首先经过EMD方法处理后被分解为一系列具有不同特征尺度的数据序列，每一个序列称为一个固有模态函数(IMF)，然后对每个IMF分量进行Hilbert谱分析得到相应分量的Hilbert谱，汇总所有Hilbert谱就得到了原信号的谱图。该方法从本质上讲是对非平稳信号进行平稳化处理，将信号中真实存在的不同尺度波动或趋势逐级分解出来，最终用瞬时频率和能量来表征原信号的频率含量。

本文研究了基于HHT的暂态电能质量扰动检测方法，介绍了HHT的基本原理和利用HHT检测电能质量多扰动信号的实现方法。仿真试验表明该方法可以实时检测扰动的起止时刻，持续时间和扰动幅度，适用于电能质量多扰动的监测和辨识系统。

1.1课题研究背景及意义

电能作为一种人们广泛使用的能源，其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之，电能又是一种由电力部门向电力用户提供并由双方共同保证质量的特殊产品。因此电能具有其它工业产品相同的基本特征，尤其重要的是质量问题。电能的质量是伴随着电力系统的产生和发展的。在早期，电力系统简单地由线性负荷组成，衡量电能质量(Power Quality)只有频率偏差和电压偏差两项主要指标【1】，电压的扰动甚至停电对人们的生活、生产的影响不大，造成的损失也不特别严重。但是自上世纪八十年代以来，随着国民经济的高速发展，电能质量的问题越来越受到人们密切关注。一方面，电弧炉、轧钢机、电力机车及家用电器等非线性、冲击性、不对称性负荷大量地投入使用，使得电网的非线性、非对称性和波动性日趋严重，从而可能引起变压器过热、网损增加、计量仪表误差增大、对通信干扰增大、导致各种保护误动作等。同时在现代工业中为了实行节能和能量转换，各行各业广泛采用了各种电力电子装置，给电力系统造成了严重“污染”，成为电力系统新的主要谐波源【2】。另一方面，供电质量的恶化，严重影响人们的生活，造成了巨大经济损失。家用电器因电能质量的恶化不能正常工作，甚至会造成损坏。工业和制造业影响尤为严重【3】。例如，马钢曾因谐波问题造成设备损坏和大面积停电，经济损失近千万元；宝钢也曾因电能质量问题使电炉停产近一年，经济损失在5亿元人民币以上；陕西安康地区由于电网中持续的5次谐波谐振，致使年损失电能量达166万kWh；山西省晋东南电网的太焦线电气铁道的谐波和负序干扰，引起10个变电站全部停产，造成数亿元的经济损失：我国西南地区的电气化铁路引起电能质量下降，对某卫星基地的设备正常运转造成严重的威胁，在卫星发射期间，电力部门不得不暂时改变电气化铁路供电系统的运行方式。另外，据美国官方统计：近20年来，全球范围内每年因电能质量扰动和电气环境污染引起的国民经济损失高达300亿美元。现代科学技术的高速发展促使工业生产过程高度自动化和智能化，这些高新技术工业对供电质量要求很高。低质量的供电将恶化产品质量，特别对于一些特殊的企业，供电的突然中断将会带来巨大的经济损失，甚至灾难性的后果【4】。如柔性制造系统(FMS)和计算机综合制造系统(CIMS)对各种电能扰动尤为敏感，几分之一秒的不正常供电就可能引起制造系统的混乱。

为了保证电网和电气设备的安全、可靠、经济运行，必须采取一定的控制、补偿技术，来提高和改善电力系统电能质量，这些控制和改善措施得以充分发挥其作用的首要条件是及时获得各种扰动源的准确信息。而暂态电能质量扰动的种类繁多、特征复杂，扰动的特征边缘可能重叠，现有的电能质量监测、分析仪器对门槛阈值的设定依赖性极强【5】，造成门槛阈值难以设置恰当，加上监测设备的数据容量有限，使得记录到的数据是局部和片面的，真正有用的信息往往难以捕捉到。针对随着信息技术的飞速发展而暴露的日益严重的暂态电能质量问题，需要寻求新的定位、检测、分析、压缩、识别等方法，制定新的适应暂态电能质量评估的各项指标，因此对暂态电能质量及扰动检测问题的研究，在理论和应用方面具有重要的意义。

1.2电能质量及其多扰动

1.2.1电能质量

从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。但是迄今为止，人们对电能质量的技术含义却存在着不同的认识，这是因为人们对电能质量的技术含义存在着不同的认知，看问题的角度也不尽相同，IEEE标准化协调委员会已正式采用“power quality”(电能质量)这一术语，并且给出了相应的技术含义：合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的电能，但是IEC并没有采用“power quality”(电能质量)这一术语，而是提出了使用“EMC”(电磁兼容)术语，指出和强调设备之间的相互作用和影响，以及电源和设各之间的相互作用与影响【6】。电能质量问题的研究是由电力用户的生产需求驱动的，用户的衡量标准应占有优先的位置。电能质量除了保证额定电压和额定频率下的正弦波形外，还包括所有的瞬变现象，如冲击脉冲、衰减振荡等。自电能作为一种消费品进入人类的生活开始，就存在了电能质量这一问题，随着电能使用范围的扩展和现代化工业水平的迅猛发展，电能质量的问题日渐为人们所关注，电能质量问题也日趋复杂，究其原因大概可以分为以下几类：

(1) 用电负荷日趋复杂化和多样化，半导体整流和逆变装置以及变频调速装置等电力电子设备的应用，这些具有非线性、谐波丰富、冲击性和不平衡特征的负荷会影响到供电电网，给电能质量提出了新的问题。

(2) 负荷设备对电能质量变化更加敏感，许多新型负荷装置都含有基于微处理器的控件和电力电子器件，这些控件和器件对于多种扰动都很敏感，如大型的集成芯片生产厂，如果其供电中断超过几个工频周波就会造成芯片被毁。

(3) 终端用户越来越了解断电、电压骤降以及开关暂态等电能质量问题，他们将督促电力部门提高供电质量。

(4) 电力系统的各个部分的联系日益紧密，也就意味着供用电双方的相互影响越来越紧密。

电能质量研究的另一个方向是研究电能质量监测分析系统，对电能质量进行精确的分析、评估。电能质量监测分析具有如下现实意义：

(1) 改善电能质量必须采取合理的措施，而合理措施的制定往往依赖于电能质量的分析和评估。

(2) 电能质量的好坏不仅仅取决于电力生产企业，全面保障电能质量既是电力企业的责任，也是用户(干扰性负荷)应尽的义务，对电能质量进行监测分析是获得电能质量信息的直接途径，是约束发、供、用三方共同遵守国家电能质量标准的前提条件。