电能质量分析中小波变换的应用分析

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摘要：随着科技与经济的不断发展，电力水平也不断提高以及非线性负荷的增大，电力系统被“谐波污染”的越来越严重，电能作为轻捷、简单、洁净的二次能源，已成为全世界人们不可离开的功能。电的大量使用和发现是从第二次科技革命开始的，电的发明和使用给人类生活带来了光明，同时也带来了许多的方便，从此以后，人们再也离不开电力的发展。

关键词：电能 质量 中小波 变换 分析

【分类号】：TM73

我们的生活离不开电，但是有一利就有一弊，电污染也给我们的生活带来很大的危害，比如人接触电后被电晕，大量电辐射等等。人类科学技术进步和科学技术有待提升，人离不开科技，更离不开电力。

一、谐波的分析

（一）谐波的含义

由于经济的发展和科技的不断进步，人们生活质量的普遍提高，电力产品更加广泛的应用到我们每个人的生活中，成为不可或缺的一部分，然而电力产品不光用于我们的生活，还用于一些生产领域、工业领域，这样就导致了谐波的成分不断上升。与此同时，随着人们对用电的需要，对于电的质量的要求也是越来越高，把电网谐波控制在合理的范围内，避免谐波对电能造成伤害，保证电压水平，这就使治理谐波成为电力的最急迫的问题[1]。

（二）谐波造成的伤害和严重影响

谐波的产生就会对电力造成严重的伤害，无论是设备通讯，还是无线网络，都会产生影响。由此看来，谐波的伤害大概可以分为以下几种：过量的负荷和不断的发热。对一些旋转式的发动机和无功补偿性的电容器类别和变压器以及各种通讯系统等等，因此，谐波对电力的影响是较为广泛的。

二、电能质量的几种分类

（一）分类

电能质量问题一般是由电力中多种信号干扰而引发的。覆盖的层面非常广泛，有的是短时的，有的是长时的，还有的是短时期或者是长时期的；还有一些频率上面的问题。但是从总体上来说，主要可以分成非稳态和稳态[2]。

（二）一般用的分析方法

从现在看来，对于电网的质量问题的分析主要在三个大方面，一是建立起对应的电力模型，二是面对不一样的质量问题来制定防范的措施，三是检测电力质量。由于对电力工作的深入研究，数字技术一些分析方法得到了更广泛的使用，对于数字分析可以分为三个方面，分别是频域、换域和时域。

三、中小波分析现状及问题

（一）小波变换的原理

小波变换是在上世纪80年代兴起的，小波变换被认为是近些年来在一些方法和使用工具上的重大突破，也是应用类数学和纯数学的结合。小波变换来源于空间平移和不断伸缩。于1910年提出来的，小波变换发展的过程中，非常多的学者为小波理论都画上了浓厚的色彩，自从1922年起，当时的小波变换发展已经达到了新的阶段，自此以后，小波变换的发展不断的上升和完善，小波变换运用越来越广泛，到后期变成处理信号的重要手段之一，并且得到了更快速的发展[3]。

（二）小波变换的比较

小波与Fourier变换相比，小波的变换是由频率和空间的部分变换，所以能够更有用的提取相关的信息资料，小波还解决了一些Fourier变换一些解决不了的问题。在许多数学家看来，新的数学分支是小波变换演化而来的，小波变换是由样条分析，Fourier分析，泛函分析，数值分析的非常好的结晶。但是信号处理专家却认为，小波变换是多分辨分析和处理分析的一种崭新的技术，小波变换在图像识别，语音合成等方面带来了很深刻的意义。

（三）Fourier与小波变换

与Fourier的变换和窗口的Fourier变换相比较，小波变换的最大好处就是小波变换在频率、时间两个领域上都有很好的局限性，所以运用小波变换可以聚集到电信信号的随意细节里，这就不会导致因为小波变换而引起电能质量下降的各个扰乱信息进行的定位和检查提供可能。然而导致电能质量急速下降的各个扰乱本质上是一个包括不同点的短暂性的扰乱信号，信号小波变换的系数模的最值与信号奇异点之间的基本关系，就是当小波变换用作平滑函数的第一阶导数的时候。这时小波变换的系数的模的最大值点相对应的是信号的奇异点也就是我们所说的突变点，从这个结论出发，许多学者运用现有的存在的小波函数或者再根据所处理的问题从而构造成的小波函数。

（四）复数小波变换在电能质量中相关问题的研究

学者们在对实数小波变换的研究的同时，近年来，复数小波变换的一些优秀特征与其有关联的应用也慢慢引发了众多学者的青睐与关注，这就使复数小波变成了小波理论的研究新的最热点问的题之一。目前，电能质量问题分析中得出复数小波的一些基本构造问题，但是大都因为缺少系统性和理论性。所以，单从复数小波在电能质量的信号分析中看，主要研究的问题，首先一定要从理论上看是解决如何实现复数小波函数的基本系统构造或者为其构造而设立的对应的框架。

四、小波变换

（一）傅立叶的变换与短时的傅立叶的变换

傅立叶的变换一直以来是信号处理领域上非常完美、运用非常广泛、效果最好的一种分析理解手段。目前最主要的检查方法基本都是源于傅立叶变化得来的，傅立叶变换是从时间的领域到频率的领域之间相互转化的一种工具。从某些意义上来说，傅立叶变换的实质是非常复杂的，难以想象的。傅立叶变换是一种纯粹的频率领域的分析变化方法，他在频率领域的定位性是科学有效的，而且在时空领域下没有任何的定位性，所以傅立叶变换所反馈的是整体下信号的全部时间下的整体领域特性。而且不能提供给我们任何的部分时间段上频率信息，不能够把时间领域和频率领域更好的结合起来，所以无法通过来了解扰动发生的时刻在[4]。

（二）小波分解与重新构造

多分辨率的分析的基本思想一般是把信号的投影到一些互相正交的小波函数构成的一些子空间里，从而形成了各种信号在不同的度量上的展开，所以就提取了信号在各个不同的频带上的特征，也同时还保留了信号在各个度量上的一些时域特征，虽然大多分辨率的分析是一种很有效的时间频率分析的方法，但是他每次只能对信号的一些低频和一些高频部分来进行多方面的划分，然而对于信号来进行更加的精确的分析检验。

（三）小波包变换的测量

一些电网能力的频率计算大多是通过测试周期的方法实现，这种方法是运用硬件检测然后输入到波形中的过零点，控制其计算器计算的方法得以实现频率的一些测量。但是这种方法有缺点也有优点，缺点就是，需要很大的硬件开销，而且在输入信号的过程中，其中含有非常多的谐波时，测量的准确性不是非常高，误差也比较大。其优点是，编程过程非常渐变，利于很快编程。还有一种测量方法，这种方法提出了首先用交流这种采样方法得到的采样数据信号来进行一些数字滤波，等到滤出其中的基波后，然后再通过插值求波形过零点的时候，进而在求出其对应周期的方法。所以在次基础上，只要求我们求出T的导数，然后便可以得到我们所了解的电网的频率了。但是必须保证采样的速率足够的高。这样就可以使算法和测量具有非常高的效率。

结束语：

电能问题一直都是现在社会人类都很关注的一个重要问题，其中检测的手段还有了解分析手段正在慢慢完善，一些经典的各种变换方式在电能质量的一些问题上的处理已经非常成熟了，有更多的复杂的难以理解的现象等待着我们更加先进的科学技术和数学工具，然后我们将采用更先进的手段去解决这些待处理的问题，需要我们以后的思考与技术的提升进步。

参考文献：

[1]牟英.电能质量分析及其补偿方法的研究[M].兰州理工大学，2009，05，10

[2]拜润卿.小波变换在谐波检测中的应用分析研究[M].甘肃电力技术，2008，06，01

[3]耿云玲.电能质量扰动分析中小波变换的应用研究[M].湖南大学，2006，04，02

[4]曲辉.基于小波变换的电能质量分析[M].电能质量分析，2009，12，01