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研究生: 黃舜鴻
Shun-Hong Huang
論文名稱: 利用小波之電力品質與電壓閃爍計算及分析
Power Quality and Voltage Flicker Calculation and Analysis by Using Wavelet
指導教授: 吳啟瑞
Chi-Jui Wu
口試委員: 李尚懿
San-Yi Lee
黃培華
Pei-Hwa Huang
連國龍
Kuo-Lung Lian
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 79
中文關鍵詞: 小波轉換電壓閃爍電力數量計算
外文關鍵詞: Wavelet Transform, Voltage Flicker, Power Quantity
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本文探討利用快速傅立葉轉換與離散小波轉換計算各電力量,以及做電壓閃爍計算,比較兩方法計算結果之準確度,以期能應用於電力品質管制與改善。造成電力品質不良的來源繁多,例如非線性設備所產生的諧波、負載劇烈變動時所引起電壓變動及電壓閃爍。當電力品質低劣時,就供電端而言會造成供電品質的下降,則用電端易造成設備暫時的故障,或永久性的破壞。因此負載狀態之監控及量測是改善電力品質問題的首要工作,該如何建立有效且正確的數據分析是相當重要的。本論文採用快速傅立葉轉換及離散小波轉換法,先對負載之電壓及電流作頻譜資料的分析,並且根據IEEE Standard 1459-2010對電力量的定義,計算各定義下之電力數量,比較兩種方法之差異性,其絕對值百分誤差值都小於1。電壓閃爍也是電力品質其中一個重要的議題,本文採間接解調法與離散小波同步檢測法計算電壓閃爍,並且探討兩方法在不同頻段時所造成的影響,結果中發現,兩方法在某些頻段時會有各自較佳的準確度,若能將兩方法加以結合,可大大提升電壓閃爍分析之準確度。本論文各項計算結果除使用測試訊號分析外,也利用了現場實測資料作驗證,故各項研究數據都具有實用價值及可信度。


In this thesis, the Fast Fourier Transform (FFT) and the Discrete Wavelet Transform (DWT) are used to calculate the electric power values and the voltage flicker values. It is also to compare the accuracy of the two methods. There are many types of electrical devices which will reduce power quality. For examples, harmonic currents are generated by nonlinear devices, and voltage drop and voltage flicker are caused heavy fluctuating loads. From the point of view of the supply side, they will decline the quality of power supply in the same feeder. Then, from the point of view of customers, lower power quality may cause equipment malfunctions or even damage the device. It is the reason why the load monitoring and measurement become the top priority. Therefore, how to build an efficient and accurate method for analyzing data is important. In this thesis, the measurement data from an actual three-phase system are analyzed by using the DWT and the FFT. It calculates different types of power quantity according to the definitions in the IEEE Standard 1459-2010. From the comparison results of DWT and FFT, the absolute percentage error is less than 1. Voltage flicker is an important topic in power quality. In this thesis, the indirect demodulation method and the discrete wavelet synchronous detection method are used to calculate the values of voltage flicker. It is to discuss the impact in different frequency bands. In the results, it is observed that two methods have different accuracy in certain frequency bands. Therefore, if the two methods are combined, one can enhance the monitoring and analysis of voltage flicker. Simulation signals as well as field-measured data are used to provide study in the research of power quality.

摘要 i ABSTRACT ii 誌謝 iii 圖索引 vi 表索引 viii 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究內容 3 1.4 章節敘述 3 第二章 電力量之定義與電力品質問題 5 2.1 電力量的定義 5 2.2 電力品質之定義、汙染源及改善對策介紹 9 2.3 電壓閃爍之介紹 11 2.3.1 電壓閃爍程度評估方式 13 2.3.2 電壓閃爍管制標準 13 2.4 電弧爐的操作與運轉之特性 16 2.4.1 交直流電弧爐的簡介 16 2.4.2 電弧爐電路特性 18 2.4.3 電弧爐無效功率特性 19 第三章 小波轉換 21 3.1 前言 21 3.2 傅立葉轉換 21 3.2.1 離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform, DFT) 23 3.2.2 快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform, FFT) 23 3.3 小波轉換 24 3.3.1 離散小波轉換(Discrete Wavelet Transform, DWT) 25 3.3.2 離散小波轉換在硬體架構之程式的實現 26 3.3.3 多層解析於訊號諧波分析 30 3.4 多層解析用於計算電力量 33 3.4.1 電壓電流有效值的計算 34 3.4.2 功率的計算 36 3.5使用統計方法做負載變動分析 39 3.6實際分析結果 41 3.7 負載無效功率變動量分析 51 第四章 電壓閃爍訊號的處理方法 54 4.1 前言 54 4.2 間接解調法之介紹 54 4.3 離散小波同步檢測法之介紹 60 4.4實際分析結果 64 第五章 結論與未來研究方向 70 5.1 研究成果 70 5.2 未來研究方向 71 參考文獻 72 符號說明 77 圖2-1 由複合振幅調變方程式計算並繪出的波形圖 12 圖2-2 視感度係數an對應閃爍頻率fn的曲線圖 13 圖2-3 電弧爐基本構造圖 17 圖2-4 電弧爐負載與供電系統電路圖 18 圖2-5 電弧爐電氣特性曲線 20 圖3-1 STFT基底函數在時間/頻率平面的解析度 22 圖3-2 二層分解的樹狀分頻濾波器組 26 圖3-3 兩層頻帶分配圖 27 圖3-4 多層解析分解後的各層未重建近似係數 31 圖3-5 多層解析分解後的各層未重建細節係數 31 圖3-6 多層解析分解後的各層重建後近似訊號波形圖 32 圖3-7 多層解析分解後的各層重建後細節訊號波形圖 33 圖3-8 訊號與各個組成信號的波形圖 33 圖3-9 訊號未經希爾伯特轉換前的波形圖 37 圖3-10 訊號經希爾伯特轉換後的波形圖 38 圖3-11 算術視在功率分析資料 40 圖3-12 統計示意圖 40 圖3-13 鋼鐵廠的單線圖 41 圖3-14 鋼鐵廠的電壓及電流瞬時值 42 圖3-15 算術視在功率 42 圖3-16 算術基波視在功率 43 圖3-17 向量視在功率 43 圖3-18 等效視在功率 43 圖3-19 第一修正視在功率 44 圖3-20 第二修正視在功率 44 圖3-21 算術視在功率因數 46 圖3-22 算術基本波視在功率因數 46 圖3-23 向量視在功率因數 47 圖3-24 等效視在功率因數 47 圖3-25 第一修正型視在功率因數 47 圖3-26 第二修正型視在功率因數 48 圖3-27 各相基本波與三相基本波總虛功率 51 圖4-1間接解調法流程圖 55 圖4-2窗型移動法概念圖 55 圖4-3取樣時間為4秒的測試電壓閃爍波形圖 57 圖4-4間接解調法計算出之包絡線 57 圖4-5包絡線的頻譜分析 57 圖4-6間接解調法計算電壓變動頻譜(修正前) 58 圖4-7間接解調法0~30HZ調變頻衰減因數及修正因數圖 59 圖4-8間接解調法計算電壓變動頻譜(修正後) 59 圖4-9 離散小波同步檢測法流程圖 60 圖4-10 離散小波同步檢測法計算出之包絡線 61 圖4-11 包絡線的頻譜分析 62 圖4-12離散小波同步檢測法0~30HZ調變頻衰減及因數修正因數圖 62 圖4-16 小波同步檢測法之A相電壓閃爍分析結果 65 圖4-17 間接解調法之A相電壓閃爍分析結果 65 圖4-18 套裝軟體EMOS 之A相電壓閃爍分析結果 65 圖4-19 小波同步檢測法之B相電壓閃爍分析結果 66 圖4-20 間接解調法之B相電壓閃爍分析結果 66 圖4-21套裝軟體EMOS 之B相電壓閃爍分析結果 66 圖4-22 小波同步檢測法之C相電壓閃爍分析結果 67 圖4-23 間接解調法之C相電壓閃爍分析結果 67 圖4-24 套裝軟體EMOS之C相電壓閃爍分析結果 67   表索引 表2-1電力系統電磁現象的分類及特性 10 表2-2電力品質之汙染源、引響對象與改善對策分類表 10 表2-3各國電壓閃爍與電壓變動管制標準一覽表 15 表2-4 IEC電力網路閃爍指數規定 14 表3-1 小波轉換計算電壓及電流有效值之結果一 35 表3-2 小波轉換計算電壓及電流有效值之結果二 36 表3-3 小波轉換計算有效及無效功率之結果一 38 表3-4 小波轉換計算有效及無效功率之結果二 39 表3-5 各種視在功率分析與比較 45 表3-6 FFT與DWT計算方法誤差比較(參考表3-5) 45 表3-7 各種功率因數分析與比較 48 表3-8 FFT與DWT計算方法誤差比較(參考表3-7) 50 表3-9 EAF主變壓器一次側的視在功率3600個週期絕對值平均誤差 50 表3-10 EAF主變壓器一次側的功率因數3600個週期絕對值平均誤差 51 表3-11三相無效功率與各相無效功率之變動量比較 52 表4-1 間接解調法檢測法模擬結果 60 表4-2 離散小波同步檢測法模擬結果 63 表4-3 兩方法與目標值之計算誤差(參考表表4-1及表4-2) 63 表4-4 兩方法與目標值之計算誤差 64 表4-5 爐變一次側A相電壓閃爍之計算結果比較 68 表4-6 爐變一次側B相電壓閃爍之計算結果比較 68 表4-7 爐變一次側C相電壓閃爍之計算結果比較 68

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無法下載圖示 全文公開日期 2018/07/17 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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