电能质量算法及电能质量广域监测系统的研究

摘要

电能质量已经成为电力行业主要关注的问题，电能质量的好坏直接影响着电力用户的运行持续性和稳定性，更涉及到用户人身财产安全。电能质量问题主要是指电网输送的电能中由于各种原因引起的不正常现象，包括电压电流的波形畸变、交流电频率波动等。本文讨论了几种主要的电能质量算法，对比算法的优缺点后选择PRONY算法和S变换算法作为工具，分析相量测量装置采集到的数据，并基于B/S模式搭建了电能质量广域监测平台，对采集到的数据和经过分析的电能质量指标进行可视化。本研究主要内容包括：
　　⑴首先介绍了电能质量的研究背景和意义，说明了相量测量单元的基本原理和全球定位系统的作用，并做了电能质量指标分析;而后对比分析了几种常见的电能质量算法的优缺点，确定了以相量测量单元为数据源，利用PRONY算法和S变换算法分析电能质量指标这一思想。
　　⑵阅读大量有关数据通信方面的资料，深入了解了串口通信和通用分组无线服务技术(GPRS)，并通过多线程技术在上位机上编写基于GPRS技术的数据接收和存储程序，结合前面师兄编写的串口通信程序，实现了对下位机上传数据的接收和存储。
　　⑶搭建了基于浏览器/服务器模式和Visual Studio2010软件平台的电能质量广域监测系统。监测系统软件设计之前首先选择SQL Server2005作为数据库，在DotNet框架上开发网页程序;上位机的数据库访问操作和数据采集分别利用ADO技术和Socket网络编程技术来实现;数据的分析通过C＃与Matlab混编技术，网页后台调用.m文件，即调用求解电能质量参数的Matlab函数来实现;数据管理采用SQL2005数据库来处理;数据的实时监测采集运用线程技术来实现;数据的图像显示通过Zedgraph控件来实现。利用结构化查询语言访问服务器，获取子站基本信息，读取历史数据，运用ZedgraphWeb控件绘制历史数据曲线以及对历史数据的分析结果曲线;实时数据通过Socket通信技术获取，Ajax技术保证了电网频率的实时显示，从而实现了上位机的数据采集、分析、管理及实时监测的功能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究背景

1．2．1 相量测量单元

1．2．2 全球定位系统

1．3 电能质量广域监测网的应用

1．4 本文主要内容

第二章 电能质量测量算法

2．1 电能质量概述

2．2 基本电能质量指标

2．2．1 电压偏差

2．2．2 频率偏差

2．2．3 电网谐波

2．2．4 三相电压不平衡度

2．3 电能质量算法简介

2．3．1 PRONY算法

2．3．2 小波算法

2．3．3 S变换算法

2．3．4 离散傅立叶变换算法

2．3．5 卡尔曼滤波算法

2．3．6 最小二乘算法

2．3．7 Pisarenko算法

2．3．8 多信号分类(MUSIC)算法

2．3．9 Chirp-Z变换算法

2．3．10 希尔伯特(Hilbert)变换算法

2．3．11 解耦法

2．3．12 遗传算法

2．3．13 过零检测算法

2．4 算法对比与总结

2．5 本章小结

第三章 基于PRONY算法的电能质量分析

3．1 PRONY算法基本原理

3．1．1 PRONY算法基本原理介绍

3．1．2 PRONY算法参数的选取

3．2 基于PRONY算法的电能质量分析

3．2．1 能量排序PRONY算法在低频振荡参数识别中的应用

3．2．2 PRONY算法在谐波检测中的应用

3．3 本章小结

第四章 基于S变换算法的电能质量分析

4．1 S变换及其改进算法简介

4．1．1 S变换算法

4．1．2 一维广义S变换

4．1．3 离散广义S变换

4．2 离散正交S变换算法

4．2．1 离散正交S变换算法原理

4．2．2 算法调节因子对算法的影响

4．3 离散正交S变换在电能质量扰动信号检测中的应用

4．3．1 电压暂降暂升检测

4．3．2 暂态振荡检测

4．3．3 暂态脉冲检测

4．3．4 含谐波的电压暂升暂降检测

4．3．5 电压中断检测

4．4 本章小结

第五章 电能质量广域监测系统的设计与实现

5．1 系统关键技术概要

5．1．1 B／S模式简介

5．1．2 DotNet技术简介

5．1．3 Socket通信简介

5．2 系统数据通信和存储的实现

5．2．1 数据通信模块

5．2．2 数据处理存储模块

5．3 系统功能介绍

5．3．1 主页

5．3．2 站点实时监测

5．3．3 数据分析查询

5．3．4 事件记录

5．3．5 系统设置

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文主要成果

6．2 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文