电能质量数学模型的构建及实现

2014-03-25张红孙鹏郭彦春

科技资讯 2014年31期

张红孙鹏郭彦春

摘要：近年来，非线性电子控件和以微处理器为基础设备的负载器件被广泛使用，从而导致出现了越来越多的电压扰动，电子电子设备的使用会产生电压波动，引起谐波、电压下降、电压上升、电压中断、闪变和波形失真等电能质量（PQ powder quality）问题，该文将电能质量扰动信号可以分为暂态和稳态两种类型，以这两种扰动类型为基础，构建出电压暂降、电压暂升、电压中断、脉冲干扰、振荡暂态等暂态波形和含有不同谐波的稳态数学模型。

关键词：电能质量模型分类构建

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）0178-01

电力系统中电子器件的增加导致电力网络的复杂性提高和现代电力系统负载灵敏度的提高，这使得PQ问题变得越来越严重并在电网运行中日益突显出来。对电能质量进行检测，能够使研究人员获得系统参数[1]，可以从整体把握电能质量基本水平，以此了解电力系统运行状况，为研究高效的电能质量做基础[2]。

1 电能质量的分类

PQ问题大体上可以分为两部分：暂态和稳态PQ问题。该文将主要给出暂态信号数学模型和稳态信号数学模型的定义、公式。

在实际的检测应用研究中，电网系统标准电力信号为正弦信号，为了研究方便一般情况下都会将幅值做归一化处理，其频率为。在PQ检测分析中的扰动实质上是归一化后的正弦信号发生畸变，引起波形上下无规律的短时间的波动，该文按照实践中的扰动数据信息对其建立数学模型，从而直观的表现出这些扰动。

2 暂态模型

在PQ问题的研究中，暂态扰动（Transient Disturbance，TD）模型主要涵盖了电压暂降（Voltage Sag，VSG）、电压暂升（Voltage Swell，VSW）、电压中断（Voltage Interruption，VI）、振荡暂态（Transient Oscillation，TO）以及脉冲干扰（Impulse Interference，IPI）这几种模型[3]。

2.1 电压暂降

电压暂降VSG是指电力电压在标准工作环境下，受到外界干扰时其电压幅值在极短的时间内迅速下降，一般VSG值是标准幅值的0.1～0.9倍，下降持续时间大约为0.01 s～1 min的电磁扰动现象。电压暂降产生的原因主要有电力系统机械故障，如系统发生接地短路故障、大容量电机的启动和负载突增也会导致电压暂降，数学模型如下所示：

（1）

公式（1）中，为扰动开始时间值；为扰动结束时间值。

2.2 电压暂升

电压暂升VSW是指电力电压在标准工作环境下，受到外界干扰时其电压幅值在极短的时间内迅速上升，一般VSV值是标准幅值的1.1～1.8倍，下降持续时间大约为0.01 s～1 min的电磁扰动现象。其数学模型为：

（2）

2.3 电压中断

电压中断VI是指工作电压在极短的时间内降低到标准幅值的0～0.1倍，并且中断时间大约为0.01 s～1 min的电磁扰动现象。它是一种短时间的扰动现象，因此VI扰动的原因可能为电网内部系统出现故障，负载等大型电机出现故障或者部分设备失去控制而引起的系统失灵等，这些都会引起VI扰动。数学模型为：

2.4 脉冲干扰

脉冲干扰IPI是带有突然性的以及被正常电压频率以外的频率干扰下引起的正常电压波动的具有单极性的一种扰动。一般情况下地球会按照的频率产生闪电雷鸣等自然现象，这种电磁波对电能信号会产生强烈的干扰，这种干扰波也会随之传播到更远的地方。其数学模型为：

2.5 振荡暂态

振荡暂态TO产生的原因与脉冲干扰IPI较为相似，唯一的区别是IPI是单极性的，而TO是双极性的[2]。高频振荡多为脉冲引起的，低频振荡一般是由于电网中出现不必要的故障而引起的，其危害系数远远高于高频振荡。其数学模型为：

3 稳态模型