1、為何要研究針對(duì)微網(wǎng)的電能質(zhì)量檢測(cè)方法？
微網(wǎng)為新能源及可再生能源分布式發(fā)電規(guī)?；瘧?yīng)用提供了有效的技術(shù)途徑，為滿足智能電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行要求提供了技術(shù)保障。但由于分布式電源和非線性波動(dòng)性負(fù)荷的種類復(fù)雜多樣，特別是風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電輸出功率的波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn)，常常導(dǎo)致微網(wǎng)內(nèi)的電源與負(fù)荷之間功率難以平衡。另外，逆變器、固態(tài)開關(guān)等電力電子設(shè)備大量使用也導(dǎo)致微網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題更為復(fù)雜。因此，開展微網(wǎng)中的電能質(zhì)量研究具有非常重要的意義。
電能質(zhì)量治理的前提是對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)量的準(zhǔn)確、快速檢測(cè)。微網(wǎng)的電能質(zhì)量問題主要包括：電壓與電流諧波、電壓暫降、電壓突升、電壓短時(shí)中斷、電壓波動(dòng)與閃變、電壓與電流不平衡分量等。微網(wǎng)中的諧波與間諧波具有豐富的頻譜特性，同時(shí)電壓波動(dòng)與閃變信號(hào)也是隨機(jī)的、動(dòng)態(tài)的非平穩(wěn)信號(hào)。對(duì)于微網(wǎng)中的電能質(zhì)量擾動(dòng)量檢測(cè)，需要一種既可以分析諧波與間諧波信號(hào)，又可以分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的檢測(cè)方法。Hilbert-Huang變換（HHT）是一種自適應(yīng)的時(shí)頻分析方法，它能根據(jù)信號(hào)自身的特性對(duì)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)分解，從而實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量擾動(dòng)特征的自動(dòng)提取，在處理非線性、非平穩(wěn)信號(hào)分析方面有很大優(yōu)勢(shì)。與傅里葉變換相比，HHT變換可以分析非平穩(wěn)和非周期性信號(hào)；與小波變換相比，HHT變換不僅具有小波變換的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也不存在基函數(shù)的選擇問題。因此，本文提出采用改進(jìn)HHT變換的方法對(duì)微網(wǎng)中的電能質(zhì)量擾動(dòng)量進(jìn)行檢測(cè)。
2、如何改進(jìn)HHT變換來抑制端點(diǎn)效應(yīng)？
HHT變換包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD)和Hilbert變換（HT）。通過EMD，可以把一個(gè)非線性、非平穩(wěn)序列分解為有限個(gè)固有模態(tài)函數(shù)(IMF)和一個(gè)趨勢(shì)項(xiàng)，這個(gè)過程稱為EMD篩選過程。分解得到的IMF分量必須滿足以下2個(gè)條件：
1）其過零點(diǎn)和極值點(diǎn)的數(shù)目必須相等或者最多相差一個(gè)；
2）連接局部極大值所形成的上包絡(luò)線和連接局部極小值所形成的下包絡(luò)線的平均值在任一點(diǎn)處都為零。
對(duì)每一個(gè)IMF分量作HT變換，求取瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)振幅，可獲知信號(hào)蘊(yùn)含的不同時(shí)間尺度的振蕩特征。在EMD和HT變換中，兩個(gè)過程中信號(hào)失真的疊加會(huì)造成HHT變換的端點(diǎn)部分無法正確反映信號(hào)所包含的信息，形成端點(diǎn)效應(yīng)。為了提高HHT變換在電能質(zhì)量擾動(dòng)量檢測(cè)中的精確性，本文提出自適應(yīng)波形匹配延拓方法來解決HHT變換中的端點(diǎn)效應(yīng)問題。
自適應(yīng)波形匹配延拓法的基本思想是：假設(shè)在信號(hào)內(nèi)會(huì)重復(fù)出現(xiàn)類似波形，在信號(hào)波形中尋找與邊界最匹配的三角波形，再根據(jù)匹配波形的局部值來預(yù)測(cè)信號(hào)邊界處的局部值，最大限度地維護(hù)原始信號(hào)的自然變化趨勢(shì)并實(shí)現(xiàn)延拓波形與原始信號(hào)的光滑過渡。而對(duì)內(nèi)在規(guī)律較弱、邊界數(shù)據(jù)變化異常的信號(hào)可以只利用邊界處極值點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)電能質(zhì)量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，一般會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間，所以在電能質(zhì)量信號(hào)內(nèi)部包含端點(diǎn)處的電能質(zhì)量擾動(dòng)量信息，這一特點(diǎn)滿足自適應(yīng)波形匹配延拓假設(shè)。因此，采用自適應(yīng)波形匹配延拓的HHT變換更適用于電能質(zhì)量擾動(dòng)檢測(cè)。
3、如何應(yīng)用改進(jìn)HHT變換來檢測(cè)微網(wǎng)電能質(zhì)量？
應(yīng)用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與鏡像延拓的改進(jìn)HHT方法和基于改進(jìn)自適應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT方法分別分別對(duì)電壓暫降、整數(shù)次諧波、間諧波、和電壓波動(dòng)與閃變進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果分別如圖1-4所示。
從圖1中可以看出，電壓暫降發(fā)生的起止時(shí)間分別為0.15s和0.35s，電壓暫降發(fā)生時(shí)，電壓擾動(dòng)幅值為0.3，并且兩種方法都可以改善端點(diǎn)效應(yīng)。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和鏡像延拓的改進(jìn)HHT方法的幅值誤差率、頻率誤差率和耗時(shí)分別為2.21%，2.02%和0.1037s。基于自適應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT方法的幅值誤差率、頻率誤差率和耗時(shí)分別為1.23%，0.71%和0.0450s?？梢缘玫接谧赃m應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT與于自適應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT相比較，幅值精度提高、頻率精度提高和耗時(shí)的減少分別為0.98%，1.31%和0.0587s?？梢?，改進(jìn)HHT變換能夠更加精確地檢測(cè)微網(wǎng)中的電壓暫降的檢測(cè)。
從圖2中可以看出2種方法都可以改善端點(diǎn)效應(yīng)?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)和鏡像延拓的改進(jìn)HHT方法的幅值誤差率和頻率誤差率分別為1.22%(5th)，0.95%(7th)和0.21%(5th)，0.14%(7th)，耗時(shí)0.0986s?；谧赃m應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT方法的幅值誤差率和頻率誤差率分別為0.33%(5th)，0.11%(7th)和0.04%(5th)，0.03%(7th)，耗時(shí)0.0413s?？梢缘玫接谧赃m應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT與于自適應(yīng)波形匹配延拓的改進(jìn)HHT相比較，幅值精度提高和頻率精度提高分別為0.89%(5th)，0.84%(7th)和0.17%(5th)，0.11%(7th)，耗時(shí)的減少為0.0573s?？梢姡倪M(jìn)HHT方法能夠能精確地檢測(cè)出微網(wǎng)中的整數(shù)次諧波。