冲击负荷非侵入式在线监测研究

摘要

随着国民经济的向前发展，电弧炉炼钢、电解铝等关系国民经济的基础设施行业在我国得到了迅速发展，同时，其他如电气化铁路、大型电力电子设备等众多对电力系统存在冲击的负荷类型所占的比重越来越大。冲击负荷的出现，对电力系统的电能质量、发电机组、电能计量、负荷预测和系统可靠性等方面都造成了恶劣的影响。研究冲击负荷的非侵入式在线监测有利于电力公司合理地安排运行计划，及早制定预防措施，对电力系统安全、经济、稳定运行意义重大。本文以电弧炉冶炼企业为代表进行了典型负荷投切暂态特性分析，提出了包括投切暂态事件在线检测算法和负荷类型及投切状态自动识别算法的冲击负荷非侵入式在线监测系统，为冲击负荷的实时监测提供了一种思路和可能性。
　　本文首先建立了包含电弧炉和大容量感应电动机的简单冶炼负荷的供电系统，选用了基于电弧能量守恒的电弧炉仿真模型，并在PSCAD/EMDC软件中对电弧炉和电动机各自投入和退出电网时公网母线上的电压暂态信号进行了仿真分析。
　　本文给出了一种适用于非侵入式在线监测的投切事件暂态事件检测算法。检测时先运用同步dq变换提取母线电压的幅值包络线；再根据变点检测理论的思想，用改进后的累积和（CUSUM）统计函数对包络线进行变点检测，检测出的变点时刻即对应了设备投切的时刻；最后对该检测方法的效果进行了算例说明。
　　在检测出投切事件之后，考虑到S变换具有比小波变换和傅氏变换更好的时频分析性能，本文对母线上的电压暂态信号进行了S变换时频分析，并选取了可以表征各自暂态特性的暂态特征量。然后将这些特征量作为样本向量，训练了可用于多标签分类的SVM分类树模型，通过该模型对测试样本进行了自动分类识别，建立了本文基于S变换特征量提取和SVM分类树的负荷类型及其投切状态自动识别算法。
　　文章最后本文将这两种算法整合，形成了冲击负荷非侵入式在线监测系统完整的监测算法体系，从冲击负荷的系统入口处就能通过数据采集直接得到内部负荷投切的时刻和投切的设备类型，具有很好的通用性和完整性。为了验证本文理论的有效性，文中利用PSCAD/EMTDC软件和MATLAB软件对冲击负荷非侵入式在线监测算法进行了仿真验证，分析结果表明该算法在现有条件下检测和识别的有效性。最后还对本文工作的不足之处进行了一些展望。

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景与动机

1.2 研究现状综述

1.3 本文研究的主要内容

2 冶炼冲击负荷特性与投切暂态仿真

2.1 引言

2.2 电弧炉炼钢的电气特性

2.3 冶炼冲击负荷对电网的影响

2.4 仿真元件模型的选取

2.5 基于PSCAD/EMTDC软件的冶炼冲击负荷投切特性仿真

2.6 小结

3 基于同步dq变换和变点检测的负荷投切暂态事件检测

3.1 引言

3.2 同步dq变换提取电压幅值包络线

3.3 基于加权CUSUM双边变点检测的投切暂态事件检测方法

3.4 仿真分析

3.5 小结

4 基于S变换的冲击负荷暂态信号分析与特征量提取

4.1引言

4.2 S变换简介

4.3 S变换在电力工程中的应用

4.4基于S变换的暂态信号分析与特征量提取

4.5暂态信号的特征量选取

4.6小结

5 冲击负荷非侵入式在线检测与识别

5.1 引言

5.2 基于S变换特征量和多级SVM的负荷类型及投切状态识别算法

5.3 冲击负荷非侵入式在线监测

5.4 仿真分析

5.5 小结

6 结 论

6.1 本文工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科技项目：