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摘要：本文介绍了电能质量的分析方法以及相关控制策略和技术，在国家社会经济的快速发展不断改进，并日益受到电力部门和消费者的重视。做好电能质量控制测量及技术的研究有着重要的意义，对其控制测量及措施进行了探讨。
关键词： 电能质量；控制技术；分析方法；控制策略
中图分类号：TM711；TM76
随着社会经济的发展，科学技术生产过程中的高度自动化，电网中用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量不好的设备越来越多，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，谈谈电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势。
一 电能质量的基本要求
如图所示
（1）标称频率、规定的若干电压等级和正弦波形；
（2）三相交流电压和负荷电流的平衡；
（3）电能的供应充足，即向电力用户的供电不中断。
二 电能质量的主要问题
电力系统中电能质量问题主要分为稳态和暂态。稳态电能质量问题主要包括长期电压变化、三相电压不平衡，电压波动和闪边，谐波等持久性电压或频率变化。动态电能质量问题主要包括短时电压变化和各种暂态现象，其中电压变化包括电压暂降，电压暂升，瞬时供电中断；暂态现象通常是指电压，可分为脉冲和震荡暂态两类。
三 电能质量的分析方法
（一）基于变换的方法
（1）基于变换的方法主要指Fourier变换方法，作为经典的信号分析方法Fourier变换具有正交、完备等许多优点，而且有象FFT这样的快速算法，因此，已在电能质量分析领域中得到广泛应用。但在运用FFT时，必须满足以下条件：满足采样定理的要求，即采样频率必须是最高信号频率的两倍以上；被分析的波形必须是稳态的、随时间周期变化的。因此，当采样频率或信号不能满足上列条件时，利用FFT分析会产生“旁瓣”和“频谱泄漏”现象，给分析带来误差。
（2）Dennis Gabor于1964年提出了短时Fourier（STFT）变换方法，即将不平稳过程看成是一系列短时平稳过程的集合，将Fourier变换用于不平稳信号的分析。表达式为：
式中—— 积分核 ，=；——的复共轭
由式可知表示的是的以为中心，左右为的局部时间内的频谱特性，窗口宽度的大小决定了时间域的分辨率，由于时—频窗口宽度保持不变，它只适合于分析特征尺度大致相同的过程。
（3）小波（Wavelet）变换是一种新型的数学模型分析方法，小波变换是时间——频率的局域变换，能有效的从信号中提取有用的信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析。
（二）频域分析方法
频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析：
（1）在谐波分析中，线性网络可用式（1.2）表示：
Im=YmUm m=1，2，…，h （1.2）
式中：Ym为节点导纳矩阵；Im为注入电流源矢量；Um为节点电压矢量；m为谐波次数；
其中，对应每个谐波频率的Ym都要单独生成。通过向所需研究的节点注入幅值为1的电流，其余节点的注入电流置为零，求解式（1.2）所得的电压即为该节点的谐波输入阻抗和相应各节点间的转移阻抗。
（2）对应每个谐波频率，从各非线性负载电流中取出相应的分量组成注入电流矢量，代入式即可求出各节点电压的相应频率分量。将这些分量合成，又可得各节点电压的时域波形。这种方法简单，适用于大多数情况，因此在实际谐波潮流计算中应用较多。
（3）非线性负载则用微分方程描述。求解时，先设定电压初值，利用EMTP等时域仿真程序对非线性负载进行仿真计算，直至稳态，可得各非线性负载新的各次谐波电流分量，形成各次谐波电流矢量，代入网络方程求解，又可得各次谐波节点电压矢量。直至网络方程收敛，并且所有非线性负载都处于稳态。
（三）时域仿真方法
目前采用较多的时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和MATLAB、PSPICE、SABER等电力电子电路仿真程序两大类。利用上列暂态仿真程序可在如下电能质量领域开展研究：
（1）计算系统中出现的过电压，分析其对各种保护设备的影响；（2）分析电容器投切造成的暂态现象；（3）分析可控换流器换流造成的电压波形下陷（notching）；（4）分析电弧炉造成的电压闪变；（5）分析不正常接地引起的电能质量问题；（6）开发改善电能质量的新型电力电子控制器。
二、电能质量的控制技术及策略
（一）电能质量控制技术
（1）传统的控制技术
传统的电能质量问题中，电压偏差的控制是通过发电机励磁调节、变压器分接头调整及无功补偿等手段实现的；频率偏差的控制则通过发电机出力的调整、抽水蓄能机组的调节等实现；三相不平衡的控制通过包括供电回路平衡化、负载分配的平衡化以及平衡补偿措施。
（2）现代电能质量的控制技术
电流谐波的一直可通过降低谐波源的谐波水平、将谐波负载接入短路容量大的电源、安装滤波器等控制措施来实现；电压波动和闪边的控制也可通过改变负载特性、增强供电能力及装设动态无功补偿器等方法进行；动态电压调节器、不间断电源设备等则已在电压暂降与断时间中断中获得应用。
（二）电能质量控制策略
（1）空间矢量控制，主要的原理是对基于三相静止坐标系的交流量进行派克变换，进而获得基于旋转坐标系的直流量，最终完成解耦控制。在具体的工作中，我们多使用DSP来实现，整体的稳定性及暂态性能比较不错。
（2 ）模糊逻辑控制：在智能控制方法中，我们不需要进行精确数学模型的建立，它主要的原理是模仿人思维及语言中不清楚信息的处理和表达方式进行系统的模糊描述，进而实现获取系统静态及动态特征时所付出代价的降低。
（3）PID控制，其结构比较简单、稳定性强、工作起来可靠、方便调整以及易于实现等特点，因此，我们在不能够完全掌握被控对象的结构及参数时，或者没有一个比较准确的数学模型时，使用这一控制技术是比较理想的。
三、结语
随着电能质量问题的日益严重而广大用户对电能质量要求的不断提高，使得我们日常工作在这方面还存在着问题。相应的时域仿真、谐波潮流计算、STFT以及近年来新出现的小波变换等各种分析方法将会随着计算机技术的不断发展在电能质量研究领域中得到更广泛的应用基于此，我们应充分认识到电能质量问题的危害，加强这方面的学习还探索，使其为经济发展提供更大的助力。
参考文献：
[1]欧阳森，石怡理，刘洋. 基于双激励控制线的区域电网电能质量动态综合评价方法[J]. 电网技术，2012，12：205-210.
[2]徐懂理，张留玲. 基于时频分布的电能质量分析方法探究[J]. 机电信息，2012，24：150-151.
[3]潘星，李培，王杰. 双馈型风机接入电网电能质量分析评估实践[J]. 电气应用，2012，21：94-97.
关键词： 电能质量；控制技术；分析方法；控制策略
中图分类号：TM711；TM76
随着社会经济的发展，科学技术生产过程中的高度自动化，电网中用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量不好的设备越来越多，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，谈谈电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势。
一 电能质量的基本要求
如图所示
（1）标称频率、规定的若干电压等级和正弦波形；
（2）三相交流电压和负荷电流的平衡；
（3）电能的供应充足，即向电力用户的供电不中断。
二 电能质量的主要问题
电力系统中电能质量问题主要分为稳态和暂态。稳态电能质量问题主要包括长期电压变化、三相电压不平衡，电压波动和闪边，谐波等持久性电压或频率变化。动态电能质量问题主要包括短时电压变化和各种暂态现象，其中电压变化包括电压暂降，电压暂升，瞬时供电中断；暂态现象通常是指电压，可分为脉冲和震荡暂态两类。
三 电能质量的分析方法
（一）基于变换的方法
（1）基于变换的方法主要指Fourier变换方法，作为经典的信号分析方法Fourier变换具有正交、完备等许多优点，而且有象FFT这样的快速算法，因此，已在电能质量分析领域中得到广泛应用。但在运用FFT时，必须满足以下条件：满足采样定理的要求，即采样频率必须是最高信号频率的两倍以上；被分析的波形必须是稳态的、随时间周期变化的。因此，当采样频率或信号不能满足上列条件时，利用FFT分析会产生“旁瓣”和“频谱泄漏”现象，给分析带来误差。
（2）Dennis Gabor于1964年提出了短时Fourier（STFT）变换方法，即将不平稳过程看成是一系列短时平稳过程的集合，将Fourier变换用于不平稳信号的分析。表达式为：
式中—— 积分核 ，=；——的复共轭
由式可知表示的是的以为中心，左右为的局部时间内的频谱特性，窗口宽度的大小决定了时间域的分辨率，由于时—频窗口宽度保持不变，它只适合于分析特征尺度大致相同的过程。
（3）小波（Wavelet）变换是一种新型的数学模型分析方法，小波变换是时间——频率的局域变换，能有效的从信号中提取有用的信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析。
（二）频域分析方法
频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析：
（1）在谐波分析中，线性网络可用式（1.2）表示：
Im=YmUm m=1，2，…，h （1.2）
式中：Ym为节点导纳矩阵；Im为注入电流源矢量；Um为节点电压矢量；m为谐波次数；
其中，对应每个谐波频率的Ym都要单独生成。通过向所需研究的节点注入幅值为1的电流，其余节点的注入电流置为零，求解式（1.2）所得的电压即为该节点的谐波输入阻抗和相应各节点间的转移阻抗。
（2）对应每个谐波频率，从各非线性负载电流中取出相应的分量组成注入电流矢量，代入式即可求出各节点电压的相应频率分量。将这些分量合成，又可得各节点电压的时域波形。这种方法简单，适用于大多数情况，因此在实际谐波潮流计算中应用较多。
（3）非线性负载则用微分方程描述。求解时，先设定电压初值，利用EMTP等时域仿真程序对非线性负载进行仿真计算，直至稳态，可得各非线性负载新的各次谐波电流分量，形成各次谐波电流矢量，代入网络方程求解，又可得各次谐波节点电压矢量。直至网络方程收敛，并且所有非线性负载都处于稳态。
（三）时域仿真方法
目前采用较多的时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和MATLAB、PSPICE、SABER等电力电子电路仿真程序两大类。利用上列暂态仿真程序可在如下电能质量领域开展研究：
（1）计算系统中出现的过电压，分析其对各种保护设备的影响；（2）分析电容器投切造成的暂态现象；（3）分析可控换流器换流造成的电压波形下陷（notching）；（4）分析电弧炉造成的电压闪变；（5）分析不正常接地引起的电能质量问题；（6）开发改善电能质量的新型电力电子控制器。
二、电能质量的控制技术及策略
（一）电能质量控制技术
（1）传统的控制技术
传统的电能质量问题中，电压偏差的控制是通过发电机励磁调节、变压器分接头调整及无功补偿等手段实现的；频率偏差的控制则通过发电机出力的调整、抽水蓄能机组的调节等实现；三相不平衡的控制通过包括供电回路平衡化、负载分配的平衡化以及平衡补偿措施。
（2）现代电能质量的控制技术
电流谐波的一直可通过降低谐波源的谐波水平、将谐波负载接入短路容量大的电源、安装滤波器等控制措施来实现；电压波动和闪边的控制也可通过改变负载特性、增强供电能力及装设动态无功补偿器等方法进行；动态电压调节器、不间断电源设备等则已在电压暂降与断时间中断中获得应用。
（二）电能质量控制策略
（1）空间矢量控制，主要的原理是对基于三相静止坐标系的交流量进行派克变换，进而获得基于旋转坐标系的直流量，最终完成解耦控制。在具体的工作中，我们多使用DSP来实现，整体的稳定性及暂态性能比较不错。
（2 ）模糊逻辑控制：在智能控制方法中，我们不需要进行精确数学模型的建立，它主要的原理是模仿人思维及语言中不清楚信息的处理和表达方式进行系统的模糊描述，进而实现获取系统静态及动态特征时所付出代价的降低。
（3）PID控制，其结构比较简单、稳定性强、工作起来可靠、方便调整以及易于实现等特点，因此，我们在不能够完全掌握被控对象的结构及参数时，或者没有一个比较准确的数学模型时，使用这一控制技术是比较理想的。
三、结语
随着电能质量问题的日益严重而广大用户对电能质量要求的不断提高，使得我们日常工作在这方面还存在着问题。相应的时域仿真、谐波潮流计算、STFT以及近年来新出现的小波变换等各种分析方法将会随着计算机技术的不断发展在电能质量研究领域中得到更广泛的应用基于此，我们应充分认识到电能质量问题的危害，加强这方面的学习还探索，使其为经济发展提供更大的助力。
参考文献：
[1]欧阳森，石怡理，刘洋. 基于双激励控制线的区域电网电能质量动态综合评价方法[J]. 电网技术，2012，12：205-210.
[2]徐懂理，张留玲. 基于时频分布的电能质量分析方法探究[J]. 机电信息，2012，24：150-151.
[3]潘星，李培，王杰. 双馈型风机接入电网电能质量分析评估实践[J]. 电气应用，2012，21：94-97.