電能質量監測的現狀及展望

2.22.2電能質量控制策略與技術

2.2.1幾種電能質量控制策略

① PID控制：這是應用最為廣泛的調節器控制規律，其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便，易于在工程中實現。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，應用PID 控制技術最為方便。其缺點是：響應有超調，對系統參數攝動和抗負載擾動能力較差。

② 空間矢量控制：空間矢量控制也是一種較為常規的控制方法。其原理是：將基于三相靜止坐標系(abc)的交流量經過派克變換得到基于旋轉坐標系(dq)的直流量從而實現解耦控制。常規的矢量控制方法一般采用DSP 進行處理，具有良好的穩態性能與暫態性能。也可采用簡化算法以縮短實時運算時間。

③ 模糊邏輯控制：知道被控對象精確的數學模型是使用經典控制理論的頻域法和現代控制理論的“時域法”設計控制器的前提條件。模糊控制作為一種新的智能控制方法，無需對系統建立精確的數學模型。它通過模擬人的思維和語言中對模糊信息的表達和處理方式，對系統特征進行模糊描述，來降低獲取系統動態和靜態特征量付出的代價。

④ 非線性魯棒控制：超導儲能裝置 (SMES)實際運行時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，既可應用反饋線性化方法使之全局線性化，再利用所有線性系統的控制規律進行控制，也可直接采用魯棒控制理論設計控制器。

2.2.2 FACTS技術

FACTS，即基于電力電子控制技術的靈活交流輸電，是上世紀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的基本參數來靈活控制系統潮流，使輸送容量更接近線路的熱穩極限。采用FACTS技術的核心目的是加強交流輸電系統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：可控串聯補償電容器、靜止無功補償器、晶閘管控制的串聯投切電容器、統一潮流控制器等。

2.2.3用戶電力(Custom Power)技術

用戶電力技術就是將電力電子技術、微處理機技術、自動控制技術等運用于中低壓配電系統和用電系統中，其目的是加強配電系統的供電可靠性，并減小諧波畸變，改善電能質量。該技術的核心器件IGBT比GTO具有更快的開關頻率，并且關斷容量已達MVA級，因此DFACTS裝置具有更快的響應特性。

目前主要的FACTS裝置有：有源濾波器(APF)、動態電壓恢復器(DVR)、配電系統用靜止無功補償器(D-STATCOM)、固態切換開關(SSTS)等。

2.3 2.3電能質量監測裝置

由于電能質量需要監測的量很多而且大多是高度畸變的，傳統的方法是采用模擬信號的分析，監測不同的電能質量指標使用不同的儀表。如傳統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、電壓波動和閃變儀[5] 。此類儀器的不足之處是可監測的指標少，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字式儀表已被廣泛應用，核心由DSP(Digital Signal Proceeding)所構成。一般都可和計算機相連，構成數據處理能力較強的PC+DSP主從式結構，具有顯示、存儲、通信、人機對話等功能。對一個站點進行監測，有較好的效果。

目前電能質量監測設備的發展趨勢傾向于采用永久性的固定設備對現場數據進行在線監測，對于固定電能質量監測設備而言，需要綜合考慮成本和性能進行專門的研制。基于微處理器的智能化電能質量在線監測設備采用嵌入式系統和數字信號處理技術在設計上具有在線監測、智能化、網絡化、實時性好和成本低的特點。基于雙CPU的嵌入式系統將嵌入式DSP處理器和嵌入式微控制器相結合，通過2個CPU擴充系統資源，共同分擔系統負荷，同時DSP作為高速處理器件也利于保證系統的實時性。這種雙CPU系統結構和DSP的高速處理能力對于保證系統實現在線監測、智能化、網絡化等強大功能而又不犧牲實時性起到了關鍵作用。它具有在線監測、精度高、升級潛力大、實時性好、體積小、成本低的特點，既適用于現場的測量分析，也適用于長期的在線監測。

2.42.4電能質量分析方法

電力系統中的各種擾動引起的電能質量問題主要可分為穩態事件和暫態事件兩大類。穩態電能質量問題以波形畸變為特征，主要包括諧波、間諧波、波形下陷及噪聲等;暫態事件通常是以頻譜和暫態持續時間為特征，可分為脈沖暫態和振蕩暫態兩大類[6]。

電能質量的分析方法主要有時域仿真法、頻域分析方法和基于變換的方法。

1 時域仿真法

時域仿真方法在電能質量分析中的應用最為廣泛，其最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。對于電壓下跌、電壓上升、電壓中斷等有關電能質量暫態問題，由于其持續時間短、發生時間不確定、對頻域分析提出了較高的要求，較多采用時域仿真方法。

目前EMTP、EMTDC、NETOMAC等系統暫態仿真程序[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用，有的已經被做成商業軟件。

采用時域仿真計算的缺點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過程的頻率覆蓋范圍。此外，在模擬開關的開合過程時，還會引起數值振蕩。