题目：独立电源系统电能质量分析方法研究

独立电源系统已广泛应用于工业、交通运输、国防等行业中，其稳定性直接关系到国家财产和人民生命的安全。随着独立电源系统在功能和性能上的不断完善，其内部的现代敏感电力电子设备及新型非线性电力设备的种类和数量不断增加。这些设备一方面对电能质量提出了更高的要求，另一方面也在充当着电能的污染源引发电压偏移、电压波动、闪变、谐波、电压骤升/骤降等电能质量扰动。由于独立电源系统中电网容量相对较小，一次普通的电能质量扰动事件即可能引起系统重要设备的异常运行、损坏，甚至造成系统的瘫痪。鉴于独立电源系统具有较强的特殊性，目前还没有有效的办法建立通用模型对其进行全面分析。本文针对航空、石油钻井平台作为典型的独立电源系统，对它们运行过程中的电能质量状态分析方法进行研究，从系统建模分析、电能质量扰动事件分类分析、电能质量信息稳态建模与动态建模分析等方面入手，并通过系统仿真数据与工程现场测量数据加以验证，取得了一定的工作成果。由此可以对独立电源系统的谐波源工作机理、动态分布规律、扰动类型进行全面的认识，对进一步的电能质量管理提供依据。本文主要完成了以下工作：（1）建立典型独立电源系统的仿真模型，并对独立电源系统中的电能质量扰动事件进行了仿真研究。首先从独立电源系统中常见部件入手，通过理论模型分析其影响电能质量的机理。然后以独立电源系统中常见的电气传动子系统为基础，得到了在不同的负载下各类典型非线性子系统所产生电能波形的样本数据。最后分别搭建了典型的航空独立电源系统和石油钻井平台独立电源系统的仿真物理模型,模拟实际工作中的典型的状态，通过仿真的方法模拟了工程实际应用的独立电源系统的主要工作过程并对相关数据进行了初步分析，记录了时间轴上的信息样本数据。（2）提出独立电源系统电能质量稳态建模分析与动态建模分析的方法。利用支持向量机回归建立稳态频域的谐波源模型，将各次谐波电流的幅值和相角以及负荷特征参数的关系通过支持向量机进行非线性映射，通过在仿真模型中的验证，该方法成功表征了谐波源的电压-电流特性。在动态建模分析中，利用支持向量机回归算法建立独立电源系统的谐波负荷分布模型，并在仿真模型中进行了验证。考虑到独立电源系统中非线性负荷模型的随机性、时变性、分散性和不连续性，采用模糊信息粒化的方式进一步对谐波负荷的变化趋势和变化空间进行了分析和预测，并将该算法在实际工程数据中进行验证。（3）提出基于支持向量机的电能质量扰动信号分类器算法。针对独立电源系统电能质量信号的特点提出了一种采用小波包分析的电能质量特征信号提取方法，将信号频带进行多层次的划分，且自适应地选择相应平带，从而能更加精细地对电能信号进行时-频分析。然后，本文采用多种分类器算法对电能质量扰动信息进行分类，并对各分类器的效果进行对比，为电能质量监控的实际工程应用提供了依据。最后，针对电能质量信号的数学模型提出了一种模糊支持向量机分类器，有效地进一步提升了支持向量机分类器的性能。（4）提出电能质量扰动事件分类器性能优化与独立电源系统电能质量在线动态建模优化的方法。针对独立电源系统电能质量信息的建模、预测与分类算法的特点提出了基于PSO对分类器的优化算法，及基于K-CV和SFLA的混合优化算法。实验表明，经过参数优化后的建模算法可以更加快速准确地实现系统的在线建模，经优化的分类器不仅可以在小训练集样本时达到较高的分类精度，还可以进一步提高分类器的性能，使分类器有效地避免过学习状态。（5）研制了独立电源系统电能质量信息检测平台。为了获得实验室与工程现场的实测数据，验证所述方法的正确性和有效性，设计了适用于独立电源系统电能质量检测与分析验证平台。该检测与分析验证平台可分为实验室部分与工程现场部分。其中，实验室电能质量检测与分析平台基于可编程电源而开发，通过扰动信号注入的方法获得部分电能质量扰动事件的波形，然后通过电压、电流互感器和数据采集支撑平台获得各种扰动波形。工程现场电能质量检测与分析系统可直接接入至待检测电源电路中，实现对实时电压/电流的检测、记录与分析，同时也可以将波形的初步分析结果通过2G/3G无线网络传输至远程计算机中。