一種配電網絡中的諧波源識別方法
2024-02-04 15:46:15 1
專利名稱：一種配電網絡中的諧波源識別方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠識別配電網絡中的諧波汙染的方法，屬電力技術領域。
背景技術：
隨著電力電子技術在電氣設備中的廣泛應用及其它非線性負荷的不斷增加，配電網絡中的諧波汙染問題日益嚴重，已危及電力網和用電設備自身的安全和經濟運行。為此，諧波問題的分析和綜合治理已成為國內外廣泛關注的課題。正確識別諧波源，並估計諧波注入量，是諧波分析與治理領域中的首要問題，並對解決因諧波汙染引發的供電方和用戶方的矛盾具有重要的意義。
現有諧波源識別方法有多種。如有功功率潮流法、臨界阻抗法、基於無功功率法、諧波阻抗法，等等。有功功率潮流法比較直觀明了，一直得到廣泛的應用。但此方法受到公共連接點兩側相角差的影響，在多諧波源情況下經常不能正確識別諧波源。疊加法是在已知系統側和用戶側參考諧波阻抗的前提下獲得，然而實際應用中很難獲得參考諧波陽抗，該法在實際應用中受到一定的限制。由於電力系統有功功率主要與相角有關，而無功功率則主要取決於系統電壓的幅值，因此基於無功功率方法只能在無功功率Q＞0判斷正確，當Q＜0時，則不能判斷。而臨界阻抗法需要估算系統和用戶側的諧波阻抗值，並且認為諧波阻抗在系統中均勻分布，由於實際電力系統負荷波動比較大，諧波阻抗是在擾動的情況下測得，實際中擾動具有隨機性，不穩定性，該法在實際應用中受到了一定的限制。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足、提供一種判斷準確而且不受其它條件限制的配電網絡中的諧波源識別方法。
本發明所稱問題是以下述技術方案實現的 一種配電網絡中的諧波源識別方法，它根據實際測量的公共點電壓u(t)、負荷支路電流i(t)，計算出隨採樣時間變化的負荷電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值，及它們的平均值R、L或1/C；再根據負荷支路電流i(t)和上述電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值的平均值R、L或1/C，反算出電網線性負荷電壓u′(t)；然後計算出公共點電壓u(t)與計算的線性負荷電壓u′(t)的n個差值序列ei的非線性量化因子λ＝∑|ei|/n|；最後將非線性量化因子λ與經驗閾值σ相比較，判斷負荷是否為諧波源負荷。
上述配電網絡中的諧波源識別方法，包括以下步驟 a.採集公共點電壓u(t)、負荷支路電流i(t)，並根據它們的基波相位差判斷該負荷是阻性負荷、感性負荷還是容性負荷。
b.計算隨採樣時間變化的負荷電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值 對採樣時間間隔是Δt的採樣序列，對任意的四個連續的採樣點進行計算，如連續四個採樣點電壓為u0、u1、u2、u3，相應的四個電流值為i0、i1、i2、i3，對感性負荷，由下式計算電阻參數R(t)序列值中的一個電阻R1和電感參數L(t)序列值中的一個電感L1 L1＝l1·2Δt， 式中， 對容性負荷，由下式計算電阻參數R(t)序列值中的一個電阻R1和電容參數倒數1/C(t)序列值中的一個值
c.計算出隨採樣時間變化的負荷電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值的平均值R、L或1/C n個隨時間變化的R(t)、L(t)、
的平均值分別由下式求得 d.根據負荷支路電流i(t)和電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值的平均值R、L或1/C，反算出電網線性負荷電壓u′(t) 對任意四個連續的採樣點進行計算，如連續四個電流採樣點為i0、i1、i2、i3，反算出電網線性負荷電壓序列的一個電壓值為 (對感性負荷)； 或(對容性負荷)； e.根據公共點電壓u(t)與計算的線性負荷電壓u′(t)的n個差值序列ei 將反算的一系列電壓值u′(t)與實際採集的電壓值u(t)相減，得到n個差值序列ei； f.計算出非線性量化因子λ＝∑|ei|/n； g.判斷負荷是否為諧波源負荷 若非線性量化因子λ的值大於經驗閾值σ，負荷為諧波源負荷，否則為線性負荷。
上述配電網絡中的諧波源識別方法，計算負荷電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值的平均值R、L或1/C時，採樣個數n的取值範圍為至少一個工頻周期的數據。
本發明僅通過實際測量的公共點電壓u(t)和負荷支路電流i(t)，就能計算出用於判斷負荷性質的非線性量化因子λ，通過將非線性量化因子λ與經驗閾值σ相比較，判斷負荷是否為諧波源負荷。本發明不僅判斷準確、可靠，而且不受其它因素限制，能在任何條件下對諧波源進行識別。
下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
圖1是本發明的識別步驟框圖； 圖2為畸變的電壓和畸變的電流波形； 圖3為線性感性負荷計算R(t)、L(t)瞬時值； 圖4是整流負荷計算R(t)、L(t)瞬時值。
圖中各符號為u(t)、公共點電壓，u′(t)、反算線性負荷電壓，u1、u2、電壓採樣點，i(t)、負荷支路電流，R(t)、電阻參數，L(t)、電感參數、1/C(t)、電容參數倒數，R、電阻參數R(t)序列值的平均值，L、電感參數R(t)序列值的平均值，1/C、電容參數倒數1/C(t)序列值的平均值。
文中所用符號Δt、採樣時間間隔，t1、t2採樣時間，u0、u1、u2、u3、採樣點電壓，i0、i1、i2、i3，採樣點電流，R1、電阻計算值，L1、電感計算值，l1、中間變量，λ、非線性量化因子，σ、λ的經驗閾值，fs、採樣頻率，ei、u′(t)與u(t)的差值序列，n、採樣個數。
具體實施例方式 當一個正弦的母線電壓波形加在一個線性負荷上時，將會產生一個正弦的電流波形；而加在一個非線性負荷上時，將會產生一個畸變的電流波形，由於系統阻抗的存在，將會使得母線電壓波形發生畸變。而當有背景諧波存在的情況下，一個畸變的母線電壓波形加在線性負荷上時，線性負荷的電流也是畸變的。因此本發明提出了從含有背景諧波的供電電壓中識別出諧波源的方法。
圖1中，首先採集監測點的電壓u(t)和電流i(t)，根據電壓和電流基波相位差判斷負荷的性質(阻性、感性、容性)。下面說明求解隨採樣時間變化的負荷電阻參數R(t)、電感參數L(t)或電容參數倒數1/C(t)序列值的方法。
對感性負荷，由於電阻參數R(t)，電感參數L(t)被認為是隨時間變化的，所以對採樣的電壓u(t)和電流波形i(t)任意小的時間微元dt，可認為電阻和電感是不變的。參見圖2，則有 對兩個連續採樣時間點t1和t2，可以有下式 則可以求出時間微元dt段的電阻參數R和電感參數L，其以矩陣表示的求解公式為 這樣對所有採集的電壓和電流數據點，能求出一系列隨時間變化的R(t)、L(t)值。如果在採樣時間內R(t)、L(t)值基本是不變的，則意味著負荷是線性的，如果是變化大的，則意味著是一個諧波源。
實際中，無法採集到
時刻的電壓和電流值，所以對採樣頻率為fs，採樣時間間隔是Δt，取連續的4個採樣點來實現。設連續兩個電壓採樣點為u1、u2，相應的連續四個電流採樣點為i0、i1、i2、i3，對感性負荷，有 在時間微元d內有R1＝R2，L1＝L2，所以可求出電阻R1和電感L1。
這樣就可以求出隨時間變化的一系列R(t)、L(t)值。其平均值為R、L；如圖3、圖4所示分別為線性感性負荷、整流負荷的R(t)、L(t)值。
同樣，對容性負荷，在時間微元dt內，可求出電阻R1和電容的倒數
這樣就可以求出隨時間變化的一系列R(t)、
值。其平均值為R、
將n個隨時間變化的R(t)、L(t)、
的平均值記為 圖1中，反算電壓u′(t)的方法是假設公共連接點接入的負荷是參數為R、L(或
)的線性負荷，負荷電流是實際採集的電流i(t)，則可以反算出公共連接點的電壓u′(t)。
例如對連續四個電流採樣點為i0、i1、i2、i3，反算出公共連接點的電壓為 (對感性負荷)； 或(對容性負荷)； 不論負荷是感性還是容性負荷，根據採樣的電流值反算的電壓值的計算公式是統一的，為實際計算程序的實現提供了方便。
參見圖1。將反算的一系列電壓值u′(t)與實際採集的電壓值u(t)相減，得到n個差值序列ei，並取其絕對平均值作為非線性量化因子λ＝∑|ei|/n，就能統計實際負荷與線性負荷接近的程度。
根據所發明的諧波源識別方法研製的諧波源識別系統經過大量的純電阻負荷、阻感負荷、純電容負荷、波動性負荷、整流負荷的RTDS仿真試驗、變電站實際運行，取得了經驗性的諧波源的閾值σ。
選某一組負荷仿真得出的非線性度結果如表4-1所示，通過大量仿真和現場試驗表明，對線性負荷純阻、阻感、容性負荷，它們的非線性度因子λ很小，為小於0.1的值，理想情況下應當是0，這裡是由誤差引起的；對非線性負荷如整流負荷、波動性負荷，根據負荷的具體情況，一般非線性度λ較大，大於0.1，通過大量試驗，並根據誤差情況，閾值σ取值在0.1左右為妥，是一個比較明顯的分界線，當 λ＜σ時，負荷是線性負荷。
λ≥σ時，負荷是諧波源，λ越大，意味著對公共母線同一負荷容量下負荷諧波貢獻量越大。
表4-1非線性度統計表
權利要求
1.一種配電網絡中的諧波源識別方法，其特徵是，它根據實際測量的公共點電壓[u(t)]、負荷支路電流[i(t)]，計算出隨採樣時間變化的負荷電阻參數[R(t)]、電感參數[L(t)]或電容參數倒數[1/C(t)]的序列值、及它們的平均值[R、L或1/C]；再根據負荷支路電流[i(t)]和上述電阻參數[R(t)]、電感參數[L(t)]或電容參數倒數[1/C(t)]序列值的平均值[R、L或1/C]，反算出電網線性負荷電壓[u′(t)]；然後計算出公共點電壓[u(t)]與計算的線性負荷電壓[u′(t)]的n個差值序列[ei]的非線性量化因子[λ＝∑|ei|/n]；最後將非線性量化因子[λ]與經驗閾值[σ]相比較，判斷負荷是否為諧波源負荷。
2.根據權利要求1所述配電網絡中的諧波源識別方法，其特徵是，它按如下步驟進行
a.採集公共點電壓[u(t)]、負荷支路電流[i(t)]，並根據它們的基波相位差判斷該負荷是阻性負荷、感性負荷還是容性負荷。
b.計算隨採樣時間變化的負荷電阻參數[R(t)]、電感參數[L(t)]或電容參數倒數[1/C(t)]序列值
對採樣時間間隔是Δt的採樣序列，對任意的四個連續的採樣點進行計算，如連續四個採樣點電壓為u0、u1、u2、u3，相應的四個電流值為i0、i1、i2、i3，對感性負荷，由下式計算電阻參數[R(t)]序列值中的一個電阻[R1]和電感參數[L(t)]序列值中的一個電感[L1]
L1＝l1·2Δt，
式中，
對容性負荷，由下式計算電阻參數[R(t)]序列值中的一個電阻[R1]和電容參數倒數[1/C(t)]序列值中的一個值
c.計算出隨採樣時間變化的負荷電阻參數[R(t)]、電感參數[L(t)]或電容參數倒數[1/C(t)]序列值的平均值[R、L或1/C]
n個隨時間變化的R(t)、L(t)、
的平均值分別由下式求得
d.根據負荷支路電流[i(t)]和電阻參數[R(t)]、電感參數[L(t)]或電容參數倒數[1/C(t)]序列值的平均值[R、L或1/C]，反算出電網線性負荷電壓[u′(t)]
對任意四個連續的採樣點進行計算，如連續四個電流採樣點為i0、i1、i2、i3，反算出電網線性負荷電壓序列的一個電壓值為
對感性負荷，為
對容性負荷，為
e.根據公共點電壓[u(t)]與計算的線性負荷電壓[u′(t)]的n個差值序列[ei]
將反算的一系列電壓值[u′(t)]與實際採集的電壓值[u(t)]相減，得到n個差值序列[ei]；
f.計算出非線性量化因子λ＝∑|ei|/n|；
g.判斷負荷是否為諧波源負荷
若非線性量化因子[λ]的值大於經驗閾值[σ]，負荷為諧波源負荷，否則為線性負荷。
3.根據權利要求2所述配電網絡中的諧波源識別方法，其特徵是，計算負荷電阻參數[R(t)]、電感參數[L(t)]或電容參數倒數[1/C(t)]序列值的平均值[R、L或1/C]時，採樣個數n的取值範圍為至少一個工頻周期的數據。
全文摘要
一種配電網絡中的諧波源識別方法，屬電力技術領域，用於解決諧波源識別問題。其技術方案是根據實際測量的公共點電壓、負荷支路電流，計算出隨採樣時間變化的負荷電阻參數、電感參數或電容參數倒數序列值，及它們的平均值；再根據負荷支路電流和上述電阻參數、電感參數或電容參數倒數序列值的平均值，反算出電網線性負荷電壓；然後計算出公共點電壓與計算的線性負荷電壓的n個差值序列的非線性量化因子；最後將非線性量化因子與經驗閾值相比較，判斷負荷是否為諧波源負荷。本發明不僅判斷準確、可靠，而且不受其它因素限制，能在任何條件下對諧波源進行識別。
文檔編號H02J3/01GK101227092SQ20071018568
公開日2008年7月23日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者賈秀芳, 趙成勇, 石國超 申請人:華北電力大學