电能质量监测的现状及展望

2.22.2电能质量控制策略与技术

2.2.1几种电能质量控制策略

① PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID 控制技术最为方便。其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

② 空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是：将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP 进行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

③ 模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的频域法和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式，对系统特征进行模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

④ 非线性鲁棒控制：超导储能装置 (SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响，因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型，既可应用反馈线性化方法使之全局线性化，再利用所有线性系统的控制规律进行控制，也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

2.2.2 FACTS技术

FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，是上世纪80年代末期由美国电力研究院(EPRI)提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。

目前有代表性的FACTS装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

2.2.3用户电力(Custom Power)技术

用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS装置具有更快的响应特性。

目前主要的FACTS装置有：有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D-STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。

2.3 2.3电能质量监测装置

由于电能质量需要监测的量很多而且大多是高度畸变的，传统的方法是采用模拟信号的分析，监测不同的电能质量指标使用不同的仪表。如传统的测量电压和电流有效值的电压表、电流表，测量功率损耗的有功表、无功表，测量频率的频率表，还有谐波表、三相不平衡度计、电压波动和闪变仪[5] 。此类仪器的不足之处是可监测的指标少，通用性差、精度较低、自动化程度较低。

采用微处理器为核心的新一代数字式仪表已被广泛应用，核心由DSP(Digital Signal Proceeding)所构成。一般都可和计算机相连，构成数据处理能力较强的PC+DSP主从式结构，具有显示、存储、通信、人机对话等功能。对一个站点进行监测，有较好的效果。

目前电能质量监测设备的发展趋势倾向于采用永久性的固定设备对现场数据进行在线监测，对于固定电能质量监测设备而言，需要综合考虑成本和性能进行专门的研制。基于微处理器的智能化电能质量在线监测设备采用嵌入式系统和数字信号处理技术在设计上具有在线监测、智能化、网络化、实时性好和成本低的特点。基于双CPU的嵌入式系统将嵌入式DSP处理器和嵌入式微控制器相结合，通过2个CPU扩充系统资源，共同分担系统负荷，同时DSP作为高速处理器件也利于保证系统的实时性。这种双CPU系统结构和DSP的高速处理能力对于保证系统实现在线监测、智能化、网络化等强大功能而又不牺牲实时性起到了关键作用。它具有在线监测、精度高、升级潜力大、实时性好、体积小、成本低的特点，既适用于现场的测量分析，也适用于长期的在线监测。

2.42.4电能质量分析方法

电力系统中的各种扰动引起的电能质量问题主要可分为稳态事件和暂态事件两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形下陷及噪声等;暂态事件通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类[6]。

电能质量的分析方法主要有时域仿真法、频域分析方法和基于变换的方法。

1 时域仿真法

时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。对于电压下跌、电压上升、电压中断等有关电能质量暂态问题，由于其持续时间短、发生时间不确定、对频域分析提出了较高的要求，较多采用时域仿真方法。

目前EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序[7]和SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程序在研究中得到了广泛的应用，有的已经被做成商业软件。

采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模拟的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模拟开关的开合过程时，还会引起数值振荡。