电能质量检测方法及应用研究

杜柏楠

(哈尔滨供电公司，哈尔滨150010)

1 国内外对电能质量检测研究的现状

1.1 国内研究现状

我国1996年实施的《电力法》明确规定供电企业应当保证供给用户的供电质量符合国家标准，并且许多地区已经开始非常关注电能质量的问题。上海的浦东新区把电能质量问题造成的损失以及高科技产业对其要求进行了研究，并取得了一定的成绩，同时许多知名高校和科研所也在研究电能质量的问题上取得了一些成果。即便如此，我国还是未建立一套全国性的电能质量实时检测系统，反而大多是地方性的供电部门建立属于自己的小型电能质量检测系统，这些地方性的部门之间并无太多联系，没有数据之间的传递和输送，无法在大面积范围内对电能质量检测结果进行分析和把握。

1.2 国外研究现状

国外20世纪80年代兴起的电磁兼容学科是对电能质量问题研究的开始，电磁兼容学科对电能质量干扰源的一些特点进行了深入的研究，运用经济、技术最合理的原则，对干扰的一系列特点做出规定，并且使处在相同电磁环境下的设备能够“兼容”。电能质量的问题就是电磁兼容学科中的传导低频的问题。追溯到1992年7月份，《公用配电系统的供电特性》草案在欧洲发布，其对中、低压配电系统用户供电端的电能质量作了全面规定，包括频率、电压、电压不平衡、电压波形以及电源的信号电压等。而到了1993－1995年，美国著名的EPRI在全国范围内对电能质量进行了普查，由此得到了许多宝贵的电能质量数据。就目前情况来说，有不少的西方及发达国家都已经实现了建立全国性电能质量检测的网络系统覆盖，采用的检测装置特点是数字化、网络化、智能化程度都很高，这种检测装置可以对电能质量涉及的多种问题进行同步的检测，并能够对数据进行记录分析和远传分享。与我国国内生产的电能质量检测装置相比，国外的电能质量检测装置具有精度高、集成度高以及智能化程度高的特点。

2 电能质量的检测方法研究及应用

2.1 基于变换的分析方法

基于变换的分析方法有傅里叶变换及其各种改进算法、短时傅里叶变换、小波变换、正交变换以及希尔伯特变换。

著名数学家傅里叶早在1992年就提出了傅里叶变换法的检测分析方法，它是谐波检测的主要使用方法。其优点是算法相对成熟、运算速度快、物理意义确定。其对数据采样的时间涉及整个周期，并且对数据的要求极高，不能体现局部时间段上的频率信息。

小波变换的方法是由Haar在20世纪初提出的，它是一种窗口面积固定而窗口形状可以改变的非常有效的时频分析工具。低频部分可以实现频率分辨率高及时间分辨率低的效果，而在高频部分则相反。

正交变换始于日本学者在1984年提出的瞬时功率理论，它是数学变换中最常用的一种。瞬时功率理论的具体内容是把电流分解为两个分量并且两个分量的关系为相互垂直的，其中一个电流与电压的波形一样，相位也保持一致，这种电流被称为瞬时有功电流，而另一个电流则被称为瞬时无功电流。

2.2 人工智能检测分析方法

目前人工智能是一个研究热点，各种算法不断涌现，在谐波检测以及谐波源定位等方面使用较多的有神经网络和支持相量机等，其中神经网络的应用最为广泛。神经网络，又称为人工神经网络，其基本思想是模拟动物神经细胞群学习特性的结构和功能而构成的一种信息处理系统或计算机系统。神经网络在电能质量的谐波测量、扰动类型识别中得到了较好的应用。

2.3 电能质量检测装置的应用研究

电能质量的检测装置应用经历了早、初、中、近四个阶段，1950年左右数字电子技术和微电子技术应用于检测装置上，促进了电能质量的检测和检测仪表技术的发展，许多数字化仪表代替了模拟式的电测仪表。而20世纪70年代出现了电压和电流波形等间隔采样的技术，这一时期以微计算机，独立操作系统的检测技术得到了蓬勃的发展。

国外一些公司生产的电能质量检测装置得到了很好的应用，如加拿大的电力测量公司、瑞典的联合电力公司等推出的检测装置可以检测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度、三相电压不平衡度等几乎所有电力和电能质量参数，并且其精度也十分的高。我国国内推出的检测装置在功能上与国外的检测仪器一样都很齐全，只是测量精度不及国外的检测装置。

3 结语

随着我国科学技术的不断发展，电力系统的运营逐渐向系统化、网络化、自动化以及智能化的方向发展，功能简单的检测仪表已经不能满足对电能质量的检测，电能质量的检测问题在理论和实践中都有许多值得改进的地方。为了满足现代社会对电能质量检测的要求，研制出一种集测量、控制和通信等功能于一体的电能质量监测装置，有效地进行电能质量检测是十分必要的，同时这对于保证电力系统正常安全的运行也有十分重要的影响。