对称分量法的基本原理
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇对称分量法的基本原理范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
对称分量法的基本原理范文第1篇
关键词：三项不平衡；配电网；仿真
中图分类号： TM711 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-110-2
0 引言
中性点非有效接地运行方式在我国的配电网中得到了广泛的应用，其往往具有较大的零序阻抗。同时一般使用不换位架设三相架空线路，并对断线故障和补偿电容、电压互感器和单相高压负载进行了考虑。这也造成三相对地参数不对称的概率较高，容易造成三项不平衡电压。通过配电网三项不平衡源定位，能够找到不平衡问题的根源，从而有的放矢地解决三项不平衡的问题。
1 配电网不平衡源定位的理论和方法
1.1 配电网不平衡源定位的对称分量法
由于电力系统属于三相系统，因此可以使用对称分量法来对三项系统的不平衡问题进行分析。根据该方法，可以在三项系统中选取任意三个相量，组成一组，每组中都包括零序分量、负序分量和正序分量。基于叠加原理，将独立的三组对称三相系统组合起来，能够使其成为一组三项不对称的系统[1]。
①零序分量。假设三相相量分别为a、b、c，则三相相量就是Fa（0）、Fb（0）、Fc（0），Fa（0）、Fb（0）、Fc（0）的相位和幅值是相同的。可以用Fa（0）=Fb（0）=Fc（0）来表示三相相量之间的关系。
②负序分量。三相相量分别为a、b、c，则三相相量就是Fa（2）、Fb（2）、Fc（2），Fa（2）、Fb（2）、Fc（2）的幅值是相同的。在相位方面，c相与b相相比，超前了120°，b相又比a相超前120°。旋转转子可以用α来表示，也就是α乘以某相量，则表示这个相量进行了逆时针120°旋转。可以用α2Fa（2）= Fc（2）、αFa（2）=Fb（2）、Fa（2）=Fa（2）来表示三个相量之间的关系。
③正序分量。三相相量分别为a、b、c，则三相相量就是Fa（1）、Fb（1）、Fc（1），Fa（1）、Fb（1）、Fc（1）的幅值是相同的。在相位方面，b相与c相相比，超前了120°，a相又比b相超前120°。可以用αFa（1）=Fc（1）、α2Fa（1）=Fb（1）、Fa（1）=Fc（1）。
1.2 配电网等效电路
作为一个三项平衡电压源，发电机主要是通过线路阻抗和系统阻抗来向负荷供电。图1为三相平衡负荷等效电路示意图，从图中可以看出系统中的有功功率会流向负荷，此时的负荷是三相平衡。图中的PS1表示线路损耗、PL1表示发电机侧流向三相平衡负荷的正序功率、Pg1表示发电机提供的正序功率[2]。
但是如果有不平衡负荷出现于负载中，那么一部分被不平衡负荷吸收的正序功率就会变成负序功率，并向发电机侧回馈。此时的发电机会成为一个实际的阻感负荷，并向其他负荷和系统输入负序电流。流向其他负荷和系统的不平衡负荷也就是有功功率。三相不平衡负荷等效电路如图2所示。
如果电力系统比较复杂，还会出现以下一些情况。第一，不平衡负荷为用户，正弦波为电源。此时正序功率会被不平衡负荷吸收，变成了负序功率。此时其他用户和电源中都会倒流进一部分负序功率。这样一来用户不仅会减少一部分应交电费，而且还会污染整个电网。
第二，平衡负载使用了三相不平衡电源，此时用户的用电设备会受到负序功率的影响，不仅可能损坏用户的设备，还使用户必须承担更多的电费。第三，除以上两种情况外，还会出现比较复杂的三相不平衡电流负荷情况。此时以上两种情况都可能发生。
1.3 对配电网三相不平衡源进行定位
以以上结论为依据，对配电网的三相不平衡源进行定位。
①电流测量量程为IB，如果0.03IB≥IL2，或者β的范围在-90°至-80°之间，或者0.02UL1≥UL2。如果如果ZS2（系统负序阻抗）比ZL2（负荷负序阻抗）小，那么IL2的流向是系统到负荷。反之， ZS2（系统负序阻抗）和ZL2（负荷负序阻抗）处于同一个数量级，那么IL2的流向是负荷到系统。
②如果0.03IB
2 对配网三相不平衡源定位进行仿真
本文建立了三项不平衡配电系统模型，对三相平衡电源进行仿真模拟。该模型中的负荷有两个，分别为Load1和Load2，三相不平衡负荷用Load1表示，三相平衡负荷用Load2表示。图3为三相不平衡配电系统等效仿真模型图，本文测量并分析了C1、C2、Cs三个测试点的三相电压电流。
根据分析结果可知，使用分量分解的方式对三相负荷平衡侧的电压电流进行分析，对称分量分解后的负序阻抗角属于第一象限。而对三相负荷不平衡侧对电压电流进行测试，然后对其进行对称分量分解，序阻抗角属于第二象限。而且此时的系统负序阻抗和负序阻抗的幅值基本相等，能够对上文的配电网三相不平衡源定位的理论进行验证。
鉴于现场进行断电测试有一定的困难，因此本次实验使用了电能质量测试分析仪器来对新两钠配电室的末端和前端在不同时间段内的相位、电流幅值和基波电压进行了测量，以此来判断造成三相电压不平衡的原因。
根据测试结果可知，新两钠末端的电压不平衡度已经超过了国家标准，达到了2.1%，必须将不平衡源找出来，才能制止其对电网的污染。而通过分析不平衡源的定位可以发现，新两钠末端的负荷的负序阻抗和正序阻抗都在第一象限，阻感性的电动机负荷则位于新两钠的末端，因此新两钠末端并未出现三相不平衡的情况。此时再进一步测试新两钠前端可以发现负序阻抗角不到-90°，因此电动机负荷和配点电缆负荷等效后就出现了不平衡的情况。前段三相电缆参数的不平衡直接导致了端三相电压不平衡。
3 结语
本文通过理论分析和仿真研究，提出了配电网三相不平衡源的定位方法，能够对三相配电系统的三相不平衡源进行准确的定位。尽管本文提出的方法仍然存在一些制约因素，在判断准确性方面还有提高的空间，但是当前绝大部分电能质量测试仪器的准确度都能够达到相关要求。
参 考 文 献
对称分量法的基本原理范文第2篇
关键词：配电网;小电流;选线方法
中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0115-02
当前我国3～66 kV的配电网所采用的主要是小电流接地系统，该系统的核心优点可概括为如下四点：故障电流小，不存在短路回路的威胁，三相线电压高度对称，具有自行排除瞬时性单相接地故障的功能。然而，当单相接地故障发生后，电压急剧升高，系统薄弱环节的绝缘性能遭到严重损坏，易引发三相短路，供电的稳定性下降。所以，需要采取正确的选线方法，确保当单相接地故障发生之后，能够及时而准确地将故障线路找出并排除故障，保证电网安全。
1 小电流中性点不同接地方式下单相接地故障选线
方法分析
1.1 仅适用于中性点经消弧线圈系统的选线方法
针对中性点经消弧线圈具体选线操作而言，主要的方法有残流增量法、五次谐波分量法、有功分量法、中电阻法四种，其基本工作原理存在较大的差异，具体如下：
①残流增量法。在单相接地出现故障之时，针对消弧线圈的合理调节可通过残流增量法加以实现，调整消单相弧线圈支路的阻抗性以及零序电流。调档前与调档后消弧线圈补偿电流的差值与电流的实际增量理论上是一致的，没有出现故障的线路，其零序电流维持稳定，不会发生变化，因此故障线路即为变化量最大的线路。
②五次谐波分量法。鉴于五次谐波电容的电流最大可以达到基波电容电流的五倍以上，并且消弧线圈的五次谐波感性电流仅仅是基波的五分之一，所以消弧线圈理论上无法实现对五次谐波容性的电流补偿。没有出现故障的线路，其五次谐波的零序电流是小于故障线路的。同时，没有出现故障的线路，其跟故障线路的电流极性是截然不同的，可将其视为确定故障线路的重要参考。
③有功分量法。在消弧线圈跟小电阻实现串联之时，有功电流分量的产生属于必然事件。故障线路是有功电流的唯一流经途径，没有出现故障的线路不具备允许有功电流通过的实际条件。除此之外，标准参考矢量可以由零序电压担任，随后将有功电流剥离出来，完成接地选线。
④中电阻法。当单相接地故障发生之后，在消弧线圈的补偿作用之下，稳态零序电流往往会降低。如果在这个时候进行选线，错误的概率非常高。因此，可将并联中值电阻投入至中性点短时之中，以起到增大零序电流的作用，等到系统恢复正常之后，断开开关，在消弧线圈的补偿作用之下，电弧会熄灭，故障也随之消失，这是针对瞬时性单相接地故障的方法。针对永久性单相接地故障而言，开关通过计算机进行控制，投入并联中值电阻，将投入时间控制在1.0 s以下，随后进行选线，可找出存在故障的线路。
1.2 在小电流接地系统的三种中性点接地方式当中均适
用的选线方法
在小电流接地系统的三种中性点接地方式当中均适用的选线方法主要包括首半波法、行波法、小波变换法、注入信号法、模糊理论选线法五种，具体如下：
①首半波法。假设三相电压最接近正无穷值的瞬间是接地系统发生故障的具体时间点，此时故障线路与非故障线路两者最大的区别在于暂态零序的电流极性，故障线路为负极，而非故障线路则为正极。鉴于此，可通过分析故障发生之后，暂态电流的首半波方向，借此来明确具体哪条是故障线路。
②行波法。因为存在故障的线路跟不存在故障的线路，其初始暂态行波特性有着显而易见的差异。因此，利用暂态行波信号实现故障选线的方法是可行的。行波信号本质上属于高频暂态信号，非常容易跟噪声混淆，所以需要把行波与小波相结合，才能保证故障选线的合理性。该方法的核心原理在于：在经过小波变换操作而得出的模极大值的基础上，针对初始行波位于各条线路的极性跟特性加以表示，继而选出故障线路。
③小波变换法。在小波奇异点的检测理论之上，对采集得来的故障暂态信息进行小波变换操作，在此基础上明确其模极大值点，继而对各条线路零序电流模极大值大小以及极性进行分析，极性为负者即为故障线路。此外，还可通过划分频带以及分解高频进行故障选线，因为当单相接地系统发生故障之后，故障线路的暂态零序电流极性跟非故障线路的暂态零序电流极性是不同的，同时小波包系数符号对相应频带上的电流极性实现了点对点的指明，因此对特定频带的小波包系数进行全面的分析，即能选出故障线路。
④注入信号法。当单相接地故障发生的时候，原边短接以及正处于空闲状态的电压互感器均有可能会被注入特殊的交流电流信号。在跟踪检测该交流电流信号的基础上，可精准地实现故障选线。笔者在该方法的基础上提出“S注入法”，其核心原理是：将频率介于“n”、“n+1”、“n+2”的电流信号注入到接地相当中去，通过该信号可选出故障线路。在应用该方法进行故障选线的过程当中，笔者建议搭配信号相位检测以及突变量比幅两种方法进行综合故障选线，有助于保证小电流故障选线的精确性。
⑤模糊理论选线法。在各条线路之上建立故障测度隶属度函数，详细描述故障线路的具体特征，将出现故障的线路特征隶属函数空间设定为[0，2]。据此，线路的故障测度系数与0越接近，则表明该条线路为故障线路的可能性越低，反之，线路的故障测度系数与2越接近，则表明该条线路为故障线路的可能性越高。
此外，笔者建议建立全部选线方法的权系数隶属度函数，仔细描述全部选线方法的可信程度，则可信程度越接近2，即表明可信程度越高，可信程度越接近0，即表明可信程度越低。将模糊理论当中的权系数与测度系数加以整合分析，最终的输出选线即是故障选线的可信结果。
2 关于小电流接地系统故障选线方法的几点看法
针对上文所表述的各种选线方法，笔者提出自身的几点看法，具体如下：
①鉴于电网的运行情况以及配电网的结构均非常复杂，目前任何一种故障选线方法皆无法从根本上确保故障选线的准确性。因此，笔者建议在实际的应用过程当中，可将多种选线方法混合使用，以起到检验选线结果的作用，继而提高选线的准确率。尤其是模糊理论选线法，因为其建模环境是虚拟化的，尚无法大范围实际应用，仍有待研究。
②因为小电流接地系统单相接地故障的电流非常小，所以检测的灵敏度较低，通过暂态信息来进行接地选线，理论上可行。然而，暂态信息选线方法的重点在于提取暂态信号，利用率有待提高。
③基于确保故障选线准确率的目的，通常的做法是进行现场试验。然而，电力系统进行现场试验的难度是非常大的，建议以仿真模拟试验或者是静态模拟试验代替。在正式进行试验之时，鉴于各种接地故障形态的差异性是客观存在并且无法消除的，因此在计算的过程当中，需要确保算法具备良好的容错性以及抗干扰性。
3 结 语
综上所述，小电流接地系统单相接地故障选线方法多种多样，其基本原理存在着明显的区别。为了保证选线结果的准确性，在实际的应用过程中，需要与现场情况相结合，合理选用一种或多种选线方法。伴随我国经济的发展，社会整体对于供电的可靠性要求越来越高，因此需要对现有的小电流接地系统单相接地故障选线方法进行完善与改进，以确保配电网供电正常。
参考文献：
对称分量法的基本原理范文第3篇
关键词： 双混频时差； 相位噪声； 数字下变频； 阿伦方差
中图分类号： TN911.72?34； TM935.15 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）19?0061?03
0 引 言
随着航空航天，卫星通信，导航定位以及测控计量等高科技领域的不断发展，频标的精确度和稳定度也有大幅提高，这就要求精密频率测量技术也要达到更高水平。常用的频率测量方法主要是双混频时差法（DMTD）、频差倍增法和差拍法，特别是双混频时差法在高准确度时频测量方面应用尤为广泛，相比较另外两种测量方法，双混频时差法主要有以下优点：
（1）取样时间灵活，可进行短期频率稳定度和长期频率稳定度的测量。
（2）可直接测量相位差。
（3）对频率合成器要求较低，适用于实现宽带高精度频率稳定度的测量。
传统的双混频时差测量仪由于采用的是模拟技术，在处理速度方面有所局限，并且对于电路工艺要求较高，这就在频率测量能力的提高上有所局限。
考虑到双混频时差测量的优缺点，本文研究了一种基于数字信号处理技术的新一代数字式双混频时差测量仪。目前，美国的Symmetricom公司和日本的Anritsu公司已经生产了此类相关产品，其测量精度相较于以往产品提高了一个数量级，而在国内还没有数字式双混频时差测量仪的相关研究，本文所做工作的意义在于探索数字式双混频时差测量仪整机的原理，并进行仿真研究，这对于缩短整机研制周期，节省科研经费等方面是很有必要的，有助于促进民族时频计量仪器的发展。
1 系统工作原理
经典双混频时差测量原理框图如图1所示。此系统采用两个双平衡混频器，振荡器提供两路比对信号（具有相同的频率标称值），输入信号分别与公共振荡器提供的内部参考源进行混频，得到差拍频率信号，然后两路差拍信号进入时间间隔计数器进行测量计数。基于双混频时差原理的对称结构、相同的内部参考源以及两组双平衡混频器使得两路差拍信号所受的噪声影响是相同的，此种特点可以大大地抵消系统噪声，时间间隔计数器可以测量出两路差拍信号的时差，能够抵消参考源相位噪声的影响，有效地降低对公共参考源稳定度的要求，以及相同的器件所产生噪声的影响。
传统的双混频时差测量法由于使用过零检测，利用时间间隔计数器来计量差拍信号，在过零点处易受到的噪声影响导致测量误差，此种干扰不容忽视，在一定程度上限制了其测量精度的提高。
尽管双混频时差测量法不能完全剔除噪声影响，但是相较于其他测量方法在测量精度和应用范围方面仍有较大优势。所以在双混频时差测量法的基本原理上进行进一步研究，对于提高频率测量精度十分有意义。
数字信号处理器件和仪器仪表理论技术的不断发展，为相位噪声的数字式测量提供了新的契机，本文在此基础上提出了数字式双混频时差测量仪的技术架构，如图2所示。
选取两路同频不同噪的正弦信号作为输入信号，精确度较高的作为参考信号（Reference Input），另一路作为被测信号（DUT Input），两路信号分别进入功分器（Splitter），每一路信号产生两路能量均等减半的同频信号，相位信息和频率信息不变，四路模拟信号同时进入模数转换器（ADC）变为数字正弦信号序列，由于系统采用双对称结果，故此过程介绍以上半部结构为例。参考信号和被测信号的两路分量进入数字下变频，转化为基带信号，在通过抽取滤波，进入鉴相器通过反正切运算得到相位信息，做差得到一路相位差信号，与下半部得到的另一路相位差信号进行互相关运算，得到时域表征阿伦方差，同时相位差信号可经过快速傅里叶变换，再进行互相关即可得到频域表征，两种方式相互关联，相互转化，在表示系统性能时效果相同，故此本文仅就时域表征阿伦方差做着重介绍。
2 数字式双混频时差测量仪仿真关键技术
2.1 信号源仿真及噪声调制
理想频标希望输出为一纯净正弦信号，但由于环境因素和系统内部结构会产生噪声，影响输出信号的频率值。在各种频标内，对输出信号产生较大影响的，主要有三种噪声：白噪声、闪变噪声和无规行走噪声，这三种噪声会产生五种调制，产生的功率谱密度随傅里叶频率按指数函数变化，形成幂律谱模型，原子频标内的噪声可以看作是这五种噪声调制的线性叠加[1]，表示为：
[X（t）=X-2（t）+X-1（t）+X0（t）+X1（t）+X2（t）=α=-22Xα（t）] （1）
式中：[α=-2]时对应无规则行走噪声调频，[α=-1]时对应闪变噪声调频，[α=0]时对应白噪声调频，[α=1]时对应闪变噪声调相，[α=2]时对应白噪声调相，在频域内由功率谱密度函数来表达噪声影响：
[Sy（f）=h-2f-2+h-1f-1+h0f0+h1f1+h2f2=α=-22hαfα] （2）
式中：[hα]是表示五种噪声强弱的系数，频标不同时，系数值也不相同。每种噪声调制只是在某一特定频段内起主要作用，噪声对于频标信号的影响程度在频域内通常用相位噪声表示，记为[￡f。]相位噪声与功率谱在数值上有下面的关系：
[￡f=12S?（f）] （3）
相位谱密度函数与频率谱密度函数有如下转换关系：
[S?（f）=12πf2Sy（f）] （4）
根据公式（3）和（4），可以通过测量功率谱密度，得到相位噪声。
2.2 数字下变频设计
双混频时差测量法通常多用于高精度频率源的测试与校准，被测信号频率较高，直接进行数字信号处理对器件要求极高，所以需要对输入信号进行数字下变频处理，将高频信号转化为低频信号。数字下变频（DDC）的组成，主要包括数字混频器、数字控制振荡器（NCO）和低通滤波器（LPF），如图3所示。
数字下变频的功能是完成输入信号与一个本地振荡信号的正交乘法运算。数控振荡器（NCO）产生的正弦和余弦信号，如下所示：
[S1（n）=cos2πfL0nfsS2（n）=sin2πfL0nfs] （5）
式中：[fL0]为本地振荡频率；[fs]为DDC输入信号的采样频率。图3中[X（n）]为经过A/D转换的输入信号，表达式如下：
[X（n）=A2sin2πfL0nfs+?（n）] （6）
式中[f0]为输入信号的标称频率，当[f0=fL0]时，数控振荡器NCO产生的正弦和余弦信号将输入信号下变频为同相和正交两个拍频信号，[I，Q]两路包含相位信息：
[I（n）=A2cos?（n）Q（n）=A2sin?（n）] （7）
经过抽取和滤波输出到鉴相器进行反正切运算，可得到相位信息，进而做差就可得到相位差信号。系统下半部结构同理，最后对两路相位差信号进行互相关运算即可得到阿伦方差曲线，由此分析出频标的频率稳定度。
2.3 互相关运算
频率稳定度通常采用阿伦方差来表示，进行互相关运算的实质也是求取阿伦方差，设系统最终输出的两路相位差信号分别为Ⅰ路和Ⅱ路，则互相关运算公式如下：
[σy2τ=1Mk=1M12?Ik+2-2?Ik+1+?Ik2πfτ?IIk+2-2?IIk+1+?IIk2πfτ] （8）
式中：[f]是输入信号频率；[?]是瞬时相位差；[M]是以[τ]为时间间隔的[?]样本组数。通过绘制阿伦方差曲线，观察采样时间，可以得到被测信号的短期稳定度和长期稳定度。
3 实验设计及结果分析
本次实验是对数字式双混频时差测量仪的技术架构进行仿真实验，用以测试系统性能。实验中采用两组含有相位噪声的10 MHz正弦信号作为输入信号，一个32 MHz晶振给所有的ADC和DDC中的NCO提供采样频率，经过系统测量得到阿伦方差曲线图，如图4所示。
从图4中可以看出随着采样时间的增加，阿伦方差的值越来越小，在采样时间为1s时，阿伦方差的值为3.71E-13，影响测量结果主要有两方面：一方面是输入信号本身精度影响，另一方面是测量系统内部结构产生的噪声影响。
4 结 论
通过实验结果显示，当测量10 MHz频标信号时得到Allan方差约为3.7E-13/s，系统内部的误差尽管不能完全抵消，但是测量准确度已达到-13的数量级，与国际上生产同类产品处于相同水平。
参考文献
[1] 刘娅，李孝辉，王玉兰.一种基于数字技术的多通道频率测量系统[J].仪器仪表学报，2009（9）：1963?1968.
[2] 张爱敏，高小，宁大愚，等.多通道双混频时差测量系统的实现[J].计量学报，2009（30）：563?566.
[3] 李玉柏，彭启琮.软件数字下变频的实现与算法分析[J].通信学报，2000（10）：45?48.
[4] 谢彦民，马煦，孔维，等.基于双混频时差法实现时域频率稳定度测量[J].电讯技术，2011（8）：143?146.
[5] 李雨薇，刘娅，李孝辉.多通道比相仪TSC MMS测量性能分析[J].时间频率学报，2011（6）：10?15.
[6] 魏巍，李军.双混频时差系统时间间隔分辨力校准方法研究[J].宇航计测技术，2009（12）：46?48.
[7] 袁海波，董绍武，武福平.原子钟信号主要噪声类型的判定与分析[J].仪器仪表学报，2008（29）：187?191.
[8] 张丹，赵军.时频测量中相关性的应用与分析[J].自动化与仪表，2011（10）：34?37.
