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摘要：针对当前电力系统存在的暂态电能质量持续时间短、发生随机性大及不容易检测的特点，本文采用了虚拟仪器技术和小波技术实现了暂态电能质量的检测。另外考虑电力系统中噪声因素对电能质量分析的影响，本文采用了小波对信号进行了去噪。本文设计的暂态电能质量扰动分析系统，能够在较大噪声干扰下实现对暂态电能质量进行准确的扰动定位和分析。
关键词：暂态电能质量；虚拟仪器；小波；除噪；扰动定位
一、引言
近年来，随着电力电子装置以及非线性、冲击性负荷的广泛应用，其中电压凹陷（voltage sag）、电压暂升（voltage swell）、瞬态脉冲（transient impulse）等暂态电能质量扰动影响尤为明显。目前广泛应用的时频分析方法需将时域信号进行频域变换，算法复杂、时间开销大，结果缺乏直观性，实时性差。小波可以在时域和频域同时具有良好的局部化性质，目前而言，小波是实现暂态电能质量分析的一种很好的分析工具。虚拟仪器作为21世纪的仪器，数据处理和分析功能强大、开发周期短等优点。本文利用虚拟仪器技术，基于LabVIEW软件开发一套暂态电能质量分析系统，实现对暂态电能质量扰动进行准确的定位和分析。
二、虚拟仪器概述及电能质量分类
1.虚拟仪器概述
LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境开发平台的简称，这种编程强调信号处理的过程，编程简单、调试方面，使用者操作这台计算机，就像操作一台自己专门设计的传统电子仪器[1]，被广泛应用于电子、通信、生物学、机械等众多学科领域。LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。
2．电能质量分类
根据故障的位置和系统状况的不同可能会引起电压骤降、电压骤升、电压中断或是瞬时脉冲。
2.1 电压骤降
电压骤降是指工频电压或电流降低到0.1pμ~0.9pμ之间，持续时间在0.5个周波到一分钟之间的电压质量问题。大电力负荷的投入、大容量电容器的切除、大电机的启动或多个电动机的同时启动都有可能引起邻近负荷的电压骤降。骤降事件的持续时间应该为0.5个周期到1分钟[2]。
2.2 电压骤升
电压骤升是指工频电压或电流有效值上升到1.1pμ~1.8pμ之间，持续时间在0.5周波到一分钟之间的电压质量问题。
2.3 瞬间断电（interruption）
短时断电是指供电电压或电流降到0.1pμ以下，持续时间不超过一分钟的电能质量问题。短时断电可能是电力系统故障、设备故障以及控制失灵的后果。
2.4 瞬时脉冲
瞬时脉冲表示在两个连续稳态之间的一种在极短时内发生的现象或数量变化。脉冲可以是任一极性的单方向脉冲，也可以是发生在任一极性的阻尼震荡波第一个尖峰。
三、小波原理与方法
1.小波检测原理
对暂态电能质量进行检测分析的过程，实质上就是对电能信号进行突变检测的过程。当小波函数可看作某一平滑函数的一阶导数时，信号小波变换模的局部极值点对应信号的突变点（或边缘）；当小波函数可看作某一平滑函数的一阶导数时，信号小波变换模的过零点，也对应信号的突变点（或边缘）。故用小波变换系数模过零点和局部极值点，便可检测信号的突变点（或边缘）。
2.小波检测实现方法
暂态电能质量信号检测方法步骤如下，第一步：分析暂态电能质量要求有较高的采样率，但是过高的采样率会计算增加，影响系统的实时性，本文综合以上原因对工频正弦波每周期采样256点。第二步：选定小波基及分解尺度，本文选择了具有近似对称性，可以进行离散小波变换又具有正交性、双正交性及紧支撑性的Daubechies小波函数。小波函数Ψ（t）可以由尺度函数θ（t）求出来。它与小波函数正交，具有正交性，所以可以求出，尺度函数为低通函数，长度有限，支撑域在t=[0，2N-1]范围内，本文中采用N=8，即用Db8小波进行6尺度分解。Db8小波的尺度函数和小波函数如图2所示。第三步：采用Db8小波对采样信号进行4尺度分解。
此时小波变换可用下式表示：
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（1）
四 系统测试与分析
为验证本文设计的暂态电能质量扰动分析系统的软件部分是否正确，因此对系统进行了仿真测试。
1.系统测试设计
本文设计的系统采样频率设置为12.8 kHz。如果需要生成以上所述的电压信号，仅仅采用LabVIEW的波形生成函数是很难实现的。因此，通过调用LabVIEW中的MathScript节点，然后通过波形生成函数生成仿真所需的信号。
2.系统测试结果及分析
将电能质量暂态信号波形全部通过小波去噪程序，本文设计的小波去噪程序是采用Db4小波进行四层分解，然后模极大值法去噪。对去噪后的信号数据再进行多分辨率分解，分解尺度为4。D1波形突变可以确定在什么时候出现突变情况，同时，将每处突变处的最大值定为扰动发生时刻。这样，就可以检测到得扰动时刻再加上数据采集时刻，这样，就可以将扰动的实际时刻计算出来，从而得到图1所示的暂态电能质量扰动记录时刻。同时，再根据扰动时刻前后的信号，进一步分析，可以判断出在扰动时刻发生了什么类型的扰动，主要是通过有效值以及采样点的规律确定扰动类型。
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图1 暂态电能质量分析界面
五 结论
本文针对暂态电能质量扰动信号的特性，以四种比较典型电压扰动为例，采用小波分解技术，对电压信号进行的精确的定位，然后对扰动时刻前后的数据进行进一步的分析，从而确定扰动类型。Db8小波变换能准确检测位出暂态电能质量问题发生的时刻，并且可提取与源信号极为相似的平滑波形，对信号的奇异点定位更加准确，为快速、准确地检测电能质量提供了有效方法。
从系统仿真实验结果可知，该系统能够快速提取扰动发生时刻，准确地定位暂态电能质量扰动发生的起始时刻，同时具有实时性高的特点，如果再加上硬件部分，系统便可以实现暂态电能质量的在线分析。
参考文献：
[1]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].清华大学出版社，2007.7
[2]胡铭.陈衍.电能质量及其分析方法综述，电网技术，2000.2，