電能質(zhì)量監(jiān)測的現(xiàn)狀及展望

2.22.2電能質(zhì)量控制策略與技術(shù)

2.2.1幾種電能質(zhì)量控制策略

① PID控制：這是應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律，其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，易于在工程中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。其缺點(diǎn)是：響應(yīng)有超調(diào)，對系統(tǒng)參數(shù)攝動和抗負(fù)載擾動能力較差。

② 空間矢量控制：空間矢量控制也是一種較為常規(guī)的控制方法。其原理是：將基于三相靜止坐標(biāo)系(abc)的交流量經(jīng)過派克變換得到基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)的直流量從而實(shí)現(xiàn)解耦控制。常規(guī)的矢量控制方法一般采用DSP 進(jìn)行處理，具有良好的穩(wěn)態(tài)性能與暫態(tài)性能。也可采用簡化算法以縮短實(shí)時(shí)運(yùn)算時(shí)間。

③ 模糊邏輯控制：知道被控對象精確的數(shù)學(xué)模型是使用經(jīng)典控制理論的頻域法和現(xiàn)代控制理論的“時(shí)域法”設(shè)計(jì)控制器的前提條件。模糊控制作為一種新的智能控制方法，無需對系統(tǒng)建立精確的數(shù)學(xué)模型。它通過模擬人的思維和語言中對模糊信息的表達(dá)和處理方式，對系統(tǒng)特征進(jìn)行模糊描述，來降低獲取系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)特征量付出的代價(jià)。

④ 非線性魯棒控制：超導(dǎo)儲能裝置 (SMES)實(shí)際運(yùn)行時(shí)會受到各種不確定性的影響，因此可通過對SMES的確定性模型引入干擾，得到非線性二階魯棒模型。對此非線性模型，既可應(yīng)用反饋線性化方法使之全局線性化，再利用所有線性系統(tǒng)的控制規(guī)律進(jìn)行控制，也可直接采用魯棒控制理論設(shè)計(jì)控制器。

2.2.2 FACTS技術(shù)

FACTS，即基于電力電子控制技術(shù)的靈活交流輸電，是上世紀(jì)80年代末期由美國電力研究院(EPRI)提出的。它通過控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來靈活控制系統(tǒng)潮流，使輸送容量更接近線路的熱穩(wěn)極限。采用FACTS技術(shù)的核心目的是加強(qiáng)交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力。

目前有代表性的FACTS裝置主要有：可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器、靜止無功補(bǔ)償器、晶閘管控制的串聯(lián)投切電容器、統(tǒng)一潮流控制器等。

2.2.3用戶電力(Custom Power)技術(shù)

用戶電力技術(shù)就是將電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)等運(yùn)用于中低壓配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)中，其目的是加強(qiáng)配電系統(tǒng)的供電可靠性，并減小諧波畸變，改善電能質(zhì)量。該技術(shù)的核心器件IGBT比GTO具有更快的開關(guān)頻率，并且關(guān)斷容量已達(dá)MVA級，因此DFACTS裝置具有更快的響應(yīng)特性。

目前主要的FACTS裝置有：有源濾波器(APF)、動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、配電系統(tǒng)用靜止無功補(bǔ)償器(D-STATCOM)、固態(tài)切換開關(guān)(SSTS)等。

2.3 2.3電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

由于電能質(zhì)量需要監(jiān)測的量很多而且大多是高度畸變的，傳統(tǒng)的方法是采用模擬信號的分析，監(jiān)測不同的電能質(zhì)量指標(biāo)使用不同的儀表。如傳統(tǒng)的測量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測量功率損耗的有功表、無功表，測量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡度計(jì)、電壓波動和閃變儀[5] 。此類儀器的不足之處是可監(jiān)測的指標(biāo)少，通用性差、精度較低、自動化程度較低。

采用微處理器為核心的新一代數(shù)字式儀表已被廣泛應(yīng)用，核心由DSP(Digital Signal Proceeding)所構(gòu)成。一般都可和計(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的PC+DSP主從式結(jié)構(gòu)，具有顯示、存儲、通信、人機(jī)對話等功能。對一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，有較好的效果。

目前電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展趨勢傾向于采用永久性的固定設(shè)備對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測，對于固定電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備而言，需要綜合考慮成本和性能進(jìn)行專門的研制?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑娔苜|(zhì)量在線監(jiān)測設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號處理技術(shù)在設(shè)計(jì)上具有在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)性好和成本低的特點(diǎn)?；陔pCPU的嵌入式系統(tǒng)將嵌入式DSP處理器和嵌入式微控制器相結(jié)合，通過2個(gè)CPU擴(kuò)充系統(tǒng)資源，共同分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷，同時(shí)DSP作為高速處理器件也利于保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。這種雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DSP的高速處理能力對于保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等強(qiáng)大功能而又不犧牲實(shí)時(shí)性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線監(jiān)測、精度高、升級潛力大、實(shí)時(shí)性好、體積小、成本低的特點(diǎn)，既適用于現(xiàn)場的測量分析，也適用于長期的在線監(jiān)測。

2.42.4電能質(zhì)量分析方法

電力系統(tǒng)中的各種擾動引起的電能質(zhì)量問題主要可分為穩(wěn)態(tài)事件和暫態(tài)事件兩大類。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)樘卣?，主要包括諧波、間諧波、波形下陷及噪聲等;暫態(tài)事件通常是以頻譜和暫態(tài)持續(xù)時(shí)間為特征，可分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類[6]。

電能質(zhì)量的分析方法主要有時(shí)域仿真法、頻域分析方法和基于變換的方法。

1 時(shí)域仿真法

時(shí)域仿真方法在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用最為廣泛，其最主要的用途是利用各種時(shí)域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問題中的各種暫態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行研究。對于電壓下跌、電壓上升、電壓中斷等有關(guān)電能質(zhì)量暫態(tài)問題，由于其持續(xù)時(shí)間短、發(fā)生時(shí)間不確定、對頻域分析提出了較高的要求，較多采用時(shí)域仿真方法。

目前EMTP、EMTDC、NETOMAC等系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序[7]和SPICE、PSPICE、SABER等電力電子仿真程序在研究中得到了廣泛的應(yīng)用，有的已經(jīng)被做成商業(yè)軟件。

采用時(shí)域仿真計(jì)算的缺點(diǎn)是仿真步長的選取決定了可模擬的最大頻率范圍，因此必須事先知道暫態(tài)過程的頻率覆蓋范圍。此外，在模擬開關(guān)的開合過程時(shí)，還會引起數(shù)值振蕩。