基于空间谱估计的电压闪变检测方法研究

摘要

现代电力工业的迅速发展，电网中受到了大量非线性负荷的扰动，而电压闪变在其中发生的频率较高对用户造成的干扰也较大。电力用户对于电压闪变问题已有更深的了解，并敦促电力系统改善所供电能的质量。因此，对电压闪变信号的检测正在迅速成为电力系统监测电能质量的一个重要组成部分。本文以电能质量问题中的电压闪变为研究对象，将空间谱估计类算法Root-MUSIC法和Toeplitz法应用于闪变参数的检测中。
　　本文对当今的电能问题进行了深入的解析，阐明了研究电能质量的重大意义。介绍了电能质量的评价指标、评估步骤以及解决方案。分析了电压闪变发生的原因及其造成的危害，建立了电压闪变的数学模型，无需像传统方法那样先求取闪变的包络线，而是直接通过信号空间分解，大大降低了对电压闪变信号检测的复杂度。
　　通过Root-MUSIC法来检测电压闪变参数。介绍了Root-MUSIC算法的基本原理，求取闪变信号参数的流程图。该算法利用信号子空间和噪声子空间的正交性，特征值分解，根据单位圆上的根及频谱分析结果来完成对电压闪变参数的求取过程。最后利用仿真实验，验证了该算法在单频闪变和多频闪变信号估计中，取得了较好的检测结果。
　　Toeplitz算法是基于信号子空间的空间谱估计算法。该算法先把电压闪变信号进行特征值分解，利用由大特征值组成的信号子空间上的旋转不变性质，并且与最小二乘法一起估算出闪变信号的参数，最后通过仿真实验和与Root-MUSIC算法及其他几种算法在不同信噪比下的估计结果进行对比，得出Toeplitz算法也具有很好的参数估计精度和较好的抗噪能力。
　　把空间谱估计算法应用于电网中实时信号的检测，结果验证了该算法能够较准确地对电压闪变信号进行检测。因此空间谱估计算法在实时电压闪变信号的估计中也有一定的可行性。最后针对不同闪变源引发的电压闪变，提出了详细的闪变治理措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 闪变检测方法的研究现状

1．3 电压闪变仪的发展历程

1．4 论文的主要工作

第二章 电能质量与电压闪变

2．1 电能质量基本内容

2．2 电能质量的评价指标

2．3 电能质量评估过程

2．4 电能质量解决方案

2．5 电压波动和电压闪变

2．5．1 定义和基本概念

2．5．2 电压闪变的特征参数

2．6 闪变测量技术

2．7 本章小结

第三章 空间谱估计算法

3．1 引言

3．2 空间谱估计的基本理论

3．3 空间谱估计的数学模型

3．4 空间谱估计常用算法

3．4．1 LMS最小均方算法

3．4．2 最大似然法

3．4．3 AR谱估计

3．4．4 MUSIC——多重信号分解类算法

3．4．5 ESPRIT——旋转不变子空间算法

3．5 本章小结

第四章 基于空间谱估计的电压闪变参数检测

4．1 前言

4．2 闪变的数学模型

4．3 基于Root-MUSIC算法的电压闪变参数估计

4．3．1 Root—MUSIC算法基本原理

4．3．2 Root-MUSIC法估计闪变参数步骤

4．4 仿真分析

4．4．1 单频闪变信号估计

4．4．2 多个频率闪变信号估计

4．5 基于Toeplitz的电压闪变参数估计

4．5．1 基于Toeplitz法的闪变检测原理

4．5．2 Toeplitz法检测闪变参数步骤

4．5．3 算例仿真

4．6 两种算法的检测性能对比分析

4．7 本章小结

第五章 闪变的治理与实时电网信号检测

5．1 闪变的治理措施

5．2 电网中实时闪变信号检测

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位期间发表的论文