基于超窄带通信与小波变换的电能质量扰动源定位方法

王 薪

（国网湖北省电力有限公司黄冈供电公司，湖北 黄冈 438000）

0 引 言

现阶段的电力系统以往复能量交换的方式进行运行。这种运行方式可以在极大限度上提高供电的质量，但也会对电力系统的正常运行造成威胁[1]。在进行广域传播的过程中，扰动源为电能质量的影响也越发明显[2-3]。在电能质量扰动源定位研究中，栾某德等人提出一种以模型响应功率谱密度预测为基础的电能质量扰动源定位法，该方法能在大多数情况下准确定位电能质量扰动源，但当扰动源分布在电力系统的异侧时，结果的准确性会降低[4]；徐方维等人提出一种以正序分量相位差为基础的电能质量扰动源定位方法，该方法同样存在电力系统异侧分布扰动源定位性能较低的问题[5]；孟庆伟等人提出一种以上游正序参数比较为基础的电能质量扰动源定位方法，该方法的定位性能不受扰动源电力系统异侧分布的影响，但是当电力系统存在扰动源时，其定位的准确性会下降[6]。因此，对电能质量扰动源定位进行研究和设计时，保障其能够适应不同工况环境是必要条件之一[7]。文章提出基于超窄带通信与小波变换的电能质量扰动源定位方法研究，通过对比测试方式分析验证设计方法在不同运行工况下性能。

1 电能质量扰动源定位方法设计

1.1 电能超窄带通信信号解调

在定位电能质量扰动源之前，需要考虑新型电力系统在进行电能传输的过程产生的信号具有多元化的属性特征[8]。针对这个问题，文章对电能超窄带通信信号进行解调处理[9]。电能超窄带通信信号解调的目的是提取和识别电能扰动信号，从而准确地识别和定位扰动源。通过解调技术，可以从复杂的电力信号中提取出有用的信息，进而监控和管理电能质量，保障电力系统的稳定性和可靠性。

在考虑电力系统传输阶段基带的前提下，对应的多元并构电能超窄带通信信号表达式为

式中：s(t)为原始电能超窄带通信信号；g(t)为原始电能超窄带通信信号的基带波形；dn为电能超窄带通信信号的调制码元；δ为多元并构电能超窄带通信信号间的作用波形；n为单位周期内电能超窄带通信信号的更新次数；T为信号波形的发展周期。文章采用低通滤波的方式处理原始电能超窄带通信信号的系带波形，以降低不同传输信道信号对于目标分析信号的影响。经过低通滤波后的电能超窄带通信信号可为

式中：x(t)为低通滤波后的电能超窄带通信信号；h(t)为低通滤波的冲击响应函数；q为低通滤波后的电能超窄带通信信号基带波形。

1.2 基于小波变换的扰动源定位

利用Nyquist 定律分析电能超窄带通信信号在无码间干扰下，低通滤波的冲击响应函数的最小截止频率一般为原始信号波形发展周期的1/2。受超窄带通信的特殊性影响，实际的低通滤波的冲击响应函数的最小截止频率会远小于理论值。文章从线性方程组的角度出发，建立电能超窄带通信信号中N个码元为基础的N元线性方程组为

式中：G为构建电能超窄带通信信号N元线性方程组系数矩阵；D为电能超窄带通信信号的码元列向量；X为信号列向量。当构建电能超窄带通信信号N元线性方程组系数矩阵为满秩状态时，此时的方程组存在唯一解为

利用小波变换的方式确定异常电能超窄带通信信号在N元线性方程组系数矩阵中的位置分析，实现对电能质量扰动源的定位。小波变换能够分析信号的细节部分，准确确定扰动起止时刻，从而提高扰动源定位的精度。小波变换可以提取出电能扰动信号的特征信息，为后续的分析和识别提供可靠的依据。借助于小波变换技术，扰动源定位方法可以适应不同的电能扰动类型和复杂的电力系统环境，具有较强的实用性和广泛的应用前景。利用小波变换完成扰动源定位的具体实现方式为

式中：φa,b为母小波；a和b分别为尺度因子。

2 应用测试

2.1 测试环境准备

测试中考虑在不提供电能质量扰动源下，对电能数据不同的影响方式，因此分别设置2 种功率振荡扰动，并对设计的电能质量扰动源定位方法性能分析。从验证电能质量扰动源定位方法有效性的角度出发，将DIgSILENT 仿真软件作为测试环境，搭建包含9节点WSCC3 机系统结构，结构如图1 所示。

图1 9 节点WSCC3 机系统结构

文章结合图1 的9 节点WSCC3 机系统结构，设计电能质量扰动源定位方法的适用性阶段。在不同的负荷位置上设置随机波动属性，对具体状态进行差异化设置，模拟不同工况下电能质量扰动状态。测试工况如表1 所示。

表1 测试工况环境构建

按照表1，实现对不同工况的测试，使测试节点WSCC3 机系统产生相应的功率振荡反应。

2.2 测试结果与分析

为更加直观地体现文章设计电能质量扰动源定位方法的有效性，分别设置文献[4]提出的以模型响应功率谱密度预测为基础的扰动源定位法，文献[5]提出的以正序分量相位差为基础的扰动源定位方法及文献[6]提出的以上游正序参数比较为基础的扰动源定位方法在相同的测试环境下对比。

4 种方法对于电能质量扰动源定位结果的准确度如表2 所示。

表2 不同方法测试结果统计表 单位：%

由表2 结果可知，在4 种不同电能质量扰动源定位方法下，对不同工况下扰动源的定位效果存在较为明显的差异，在模型响应功率谱密度预测定位的同一侧（工况1 ～工况6）时，4 种方法对应的定位结果准确性较高，但是当测试工况的扰动源处于测试9 节点WSCC3 机系统的不同一侧（工况7 ～工况9）时，对比的3 种方法对应的定位结果准确性明显降低，最大值仅为96.45%以上，且当同侧扰动源不唯一（工况9）时，对比的3 种方法定位结果准确率仅为95.06%，而文章设计方法在工况1 ～工况9 下，准确率始终在99.20%以上。由此表明，基于超窄带通信与小波变换的电能质量扰动源定位方法，可实现对不同工况下扰动源的准确定位。

3 结 论

为及时解决电能质量问题，降低由于电能质量导致供电安全问题，文章提出基于超窄带通信与小波变换的电能质量扰动源定位方法研究，利用超窄带通信信号特征，借助小波变换的方式对信号进行处理与分析，实现对不同工况下精准定位扰动源的目的。借助文章设计与研究，也希望能够为电能质量扰动源定位工作的开展提供有价值的参考。