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，應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。其缺點是：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時運算時間。

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“時域法”設(shè)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(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。

④ 非線性魯棒控制：超導(dǎo)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(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、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。對一個站點進(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)計上具有在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時性好和成本低的特點?；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CPU擴(kuò)充系統(tǒng)資源，共同分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷，同時DSP作為高速處理器件也利于保證系統(tǒng)的實時性。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時性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線監(jiān)測、精度高、升級潛力大、實時性好、體積小、成本低的特點，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)樘卣鳎饕ㄖC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(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)時間短、發(fā)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(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(tài)過程的頻率覆蓋范圍。此外，在模擬開關(guān)的開合過程時，還會引起數(shù)值振蕩。