含dg複雜配電網的電壓暫降源定位方法

2023-06-10 19:13:41

含dg複雜配電網的電壓暫降源定位方法
【專利摘要】本發明通過對外部輸入電壓和電流進行非線性自適應濾波處理，得到在系統頻率小擾動、暫態振蕩幹擾和白噪聲等條件下的輸入基波分量的瞬時幅值和瞬時相位的動態跟蹤，綜合考慮由上遊系統等效參數和下遊系統等效參數的變化，分析計算電壓暫降總電壓變化量中的上遊、下遊電壓變化量以及對應上、下遊權重係數，並給出了百分比形式的電壓暫降源定量定位結果，從而實現界定分清電壓暫降事故中供用電雙方各自的責任劃分和比例分擔,完成電壓暫降源定位。本發明定位方法更具體、精確。
【專利說明】含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力工程【技術領域】，具體是一種含DG複雜配電網的的電壓暫降源定 位方法。

【背景技術】
[0002] 電能質量（Power Quality)是21世紀現代電網的關鍵特徵之一。電壓暫降 (Voltage Sag)是目前電力系統中最重要的電能質量問題之一，電壓暫降是指電網在系統 頻率時電壓有效值（RMS)瞬時減小到額定值的10%?90%範圍內，其持續時間一般為半 個工頻周期到數秒鐘。據統計，約80%的電能質量問題是由電壓暫降引起的，它會導致邏輯 控制器誤動、調速裝置失靈、不可預計的欠電壓跳閘及計算機重要數據丟失等。最近十幾年 來，電壓暫降造成了巨大的經濟損失，資料表明，美國每年因電壓暫降事故造成經濟損失達 200多億美元，歐美發達國家一次電壓暫降事故造成經濟損失都在百萬美元以上，而電壓暫 降給單個電力用戶造成給損失也十分巨大，上海華虹NEC-次電壓低於87%持續0. 12s的 電壓暫降造成直接損失就超100萬美元。電壓暫降已成為目前國內外電工領域迫切需要解 決的重要課題。
[0003] 為界定分清電壓暫降事故中供用電雙方各自的責任以及有效補償和排除暫降擾 動源，電壓暫降源定位近年來受到了電氣領域的較多關注。目前國內外不少研究人員在這 方面作了較多有益的探索，但由於受電網結構、負荷動態特性及保護和接地、分布電源接入 等多種因素的影響，電壓暫降源定位一直是近年來電能質量研究領域的一個重點和難點。
[0004] 電壓暫降源的定位，就是確定引起電壓暫降的幹擾源位於監測點的哪一側，從而 界定供用電雙方的責任。參照監測點有功潮流的方向，如果暫降幹擾源位於有功潮流的流 進方向，稱電壓暫降源位於監測點的上遊；如果暫降幹擾源發生在有功潮流的流出方向， 則稱電壓暫降源位於監測點的下遊。監測點一般放置在供用電雙的責任分界點。目前電壓 暫降源定位計算方法主要有以下幾種。A. C. Parsons等首先提出擾動功率和能量法來確定 電壓暫降源來自於監測設備的哪一側，王成山等將此法改進推廣到注入系統能量的擾動源 定位，較好完成釋放或注入系統能量的多種擾動源定位。章雪萌、徐永海等則利用小波多尺 度分析獲得的低頻能量變化來定位電壓暫降源，改善了噪聲和高頻諧波的影響。2008年董 新洲等將擾動無功功率和無功量引入到暫降源定位中，使該定位法得到新擴展。該類方法 較大程度上依賴於擾動功率和擾動能量兩個量的吻合度，如果由兩者得到的結果不匹配， 那定位結果就易出錯，且不同特性負荷在電壓暫降時的功率響應也不同。另外一種方法基 本是通過類似監測點等效阻抗的實部極性或大小變化來判斷暫降源的上、下遊位置，包括 系統軌跡斜率、阻抗符號、實部電流等定位法。第三類方法僅基於電壓量或者電流量，通過 監測點的電壓暫降幅度和相位跳變關係規律分析，考慮由傳輸線和工業用戶內網故障引起 電壓暫降的幅度與相位跳變之間軌跡線有不同模式特徵，從而確定暫降源的位置，或者是 根據各支路電流變化量來實現暫降源定位。此類方法屬於經驗方法，很難去評估其可應用 範圍。還有另外一種方法是先對電壓、電流及阻抗等量進行矢量變換，在變換後矢量基礎上 再根據跟前面類似策略建立定位判據，對不平衡暫降源定位起到一定的改善作用。此外，近 年來狀態估計技術開始在電能質量領域應用，多元回歸定位法首先確定最優監測點，然後 根據監測點數據利用多元回歸模型計算出系統所有母線的電壓偏差量等，再由此確定電壓 暫降源，主要也是基於電壓暫降幅度變化定位，但能用於多監測點的全網源定位。
[0005] 隨著能源危機及環境問題的日益加劇，近年來分布式發電技術得到了快速發展， 配電系統中分布式電源（DG)的滲透率水平不斷提高。DG的引入使得配電系統從傳統的放 射狀無源網絡變為分布有中小型電源的有源網絡，配電系統的分析、控制和管理將變得更 加複雜。DG的接入能夠在一定程度上改善電網電能質量，能抑制配電網電壓暫降幅度和持 續時間；同時，DG的控制和保護策略、接入位置和出力都會對電壓暫降產生一定的影響，甚 至本身會導致電壓暫降。多個DG的併入將會使配電系統短路電流的大小、流向和分布發生 較大變化，而且包含DG的綜合負荷在電壓暫降過程中的動態特性十分複雜，導致暫降源可 靠定位變得更加困難，特別是風電、太陽能等DG的出力隨自然條件變化隨機波動較大，逆 變型DG(IIDG)在暫降故障後的複雜暫態過程等，都給暫降源定位帶來很多新實際問題。
[0006] 而且，對已有方法的電壓暫降源定位方法都假設暫降過程中上、下遊兩側參數不 會同時發生變化，沒有對暫降過程中的含DG綜合負荷、綜合電源參數的動態性、時變性因 素進行考慮，容易造成暫降源方位的誤判。另外，在電壓暫降源定位中的信號處理中，已有 方法上採用的是穩態正弦信號模型或準穩態的信號處理方法（如傅立葉變換或短時傅立 葉變換），對系統頻率等的幹擾、信號的時變性和暫態性缺少有效的處理，易引起信號模型 的建模誤差和信號處理的算法誤差，從而導致相關定位判據參數的偏差，進而造成定位判 據邊界附近的定位出錯。由於上述兩種因素在已有方法中都均未考慮，因此電壓暫降源高 精度定位，特別是含DG複雜配電網的電壓暫降源定位需要研究新的方法。本發明針對以上 問題提出解決措施，為配電網電壓暫降源定位問題帶來新的方法，將大大拓其在電能質量 監測與診斷、繼電保護等領域的應用。


【發明內容】

[0007] 為解決現有技術中的不足，本發明提供一種含DG複雜配電網的的電壓暫降源定 位方法，解決了現有配電網電壓暫降源定位方法中未考慮含DG配電網綜合負荷/電源參數 的動態、時變性及電壓暫降過程中對信號時變性和暫態性缺乏有效處理的問題。
[0008] 為了實現上述目標，本發明採用如下技術方案：一種含DG複雜配電網的電壓暫降 源定位方法，包括步驟：
[0009] 步驟1，利用非線性自適應濾波器對本定位系統的外部電壓、電流輸入進行自適應 濾波處理，實現測量具有暫態響應能力的電壓、電流同步動態相量，動態檢測出電壓和電流 的時變動態向量模型及參數；
[0010] 步驟2,利用步驟1中得到的電壓電流時變動態相量模型及參數，計算出含DG的監 測點下遊等效綜合負荷和上遊等效電源的等效模型及參數，並通過滾動計算完成其參數動 態跟蹤估計；
[0011] 步驟3,根據從電壓暫降前後過程中的上、下遊兩側等效參數變化與監測點電壓變 化量之間關係分析，計算出上、下遊系統各自引起的電壓暫降分量，給出含DG複雜配電網 電壓暫降源定位的定量結果，完成電壓暫降源定位。
[0012] 前述的一種含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法，其特徵是：所述步驟1中具 體計算過程為：非線性自適應濾波器用微分方程（1)表示：
[0013]

【權利要求】
1. 一種含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法，包括步驟： 步驟1，利用非線性自適應濾波器對本定位系統的外部電壓、電流輸入進行自適應濾波 處理，實現測量具有暫態響應能力的電壓、電流同步動態相量，動態檢測出電壓和電流的時 變動態向量模型及參數； 步驟2,利用步驟1中得到的電壓電流時變動態相量模型及參數，計算出含DG的監測點 下遊等效綜合負荷和上遊等效電源的等效模型及參數，並通過滾動計算完成其參數動態跟 蹤估計； 步驟3,根據從電壓暫降前後過程中的上、下遊兩側等效參數變化與監測點電壓變化量 之間關係分析，計算出上、下遊系統各自引起的電壓暫降分量，給出含DG複雜配電網電壓 暫降源定位的定量結果，完成電壓暫降源定位。
2. 根據權利要求1所述的一種含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法，其特徵是：所 述步驟1中具體計算過程為：非線性自適應濾波器用微分方程（1)表示：
式中，x(t)為外部輸入電壓或電流信號，A(t)為外部輸入的基波瞬時幅值估計，Coci為 基波頻率，$ (t)為外部輸入的瞬時相位，Iq、k2為常係數；公式（1)的特徵根 決定了濾波系統的逼近速度，且該系統是穩定的，收斂到唯一確定的AtlSin(coj+ S 〇)鄰域 附近周期軌道，鄰域的大小是由匕、1^2和8(〇決定；該系統通過對監測電壓、電流量進行檢 測，實現具有暫態響應能力的電壓、電流同步相量及頻率測量方法，建立電流和電壓的時變 動態相量模型，分別為作K仍，其中I (t)、奶(0分別為t時刻的電流基波瞬時 幅值和相位，U(t)、奶,(0分別為t時刻的電壓基波瞬時幅值和相位，並求取這些模型參數， 獲得其正弦分量的瞬時幅值、頻率和相位。
3. 根據權利要求2所述的一種含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法，其特徵是：所 述步驟2中，具體計算過程為： Z' Jt)為包含了分布電源DG阻抗的等效綜合時變負荷阻抗，：^c(〇為下遊側分布電 源在監測點等效時變電流源； 所述步驟1中通過非線性自適應濾波器計算出監測點各分析時段的時變動態相量模 型（/⑴Z燦)，C/(〇Z%(〇)及參數值，取t時刻附近的三次連續分析時段Vt2、t3時變動態相 量為(Z1Z(W1Zp1)，（J2Z(W 2々2)和(/3Z(W343)，利用三點法及擬牛頓信賴域算法求解出 監測點上遊戴維南等效參數EsZ S，&和下遊含DG配電網綜合負荷的等效參數Z' 及參數值，其中Es、S分別為監測點上遊側戴維南等效電壓源的幅度和相位、Zs為監測點上 遊側等效系統阻抗，Z' ^為包含了下遊分布電源DG阻抗的等效綜合時變負荷阻抗，:Lc為 下遊分布電源DG在監測點的等效時變電流源相量；通過不同t時刻的連續分析滾動計算得 到監測點上、下遊的時變等效參數的跟蹤。
4. 根據權利要求3所述的一種含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法，其特 徵是：所述步驟3中，具體計算過程為：在獲得監測點上、下遊系統的時變等效參數 Es(t) Z S，Zs(t)，Z，L(t)，L>G⑴後，監測點電壓用等式（2)表示：
式中，為監測點上遊側戴維南等效電壓源相量，RS、XS分別為監測點上遊側等效系統 阻抗的電阻和電抗，Z' ^為監測點下遊側等效綜合負荷阻抗，為下遊側分布電源DG的 等效電流源相量；利用全變分原理，分別計算出由上遊系統等效參數變化導致的監測點電 壓變化量AUur^P下遊系統等效參數變化導致的監測點電壓變化量AUd_，根據總電壓變化 量A U和A Uup、A Ud_計算出電壓暫降的上遊權重係數Wup = A Uup/ A U X 100 %、下遊權重 係數％。? = A Ud_/ A UX 100%，從而給出了百分比形式的電壓暫降源定量定位結果。
5. 根據權利要求4所述的一種含DG複雜配電網的電壓暫降源定位方法，其特徵是：所 述公式（2)採用獨立變量分析法來計算電壓暫降源定量定位結果，計算過程如下： 計算出上遊系統參數RS，XS，Es Z S以及下遊系統負荷參數R' u X' u Im，叫《中 各單個參量造成的電壓變化量，其中，和分別為下遊分布電源DG的等效電流源幅 度和相位；A%,,分別為上遊系統參數Rs，Xs，Es Z S變化造成的電壓變化量， A%.分別為下遊系統負荷參數R' u X' u ID(；，I變化造成的電壓變化 量：由麼心^心^心八?^心一^^^?^和總電壓變化量^之比以別計算出上述各 單參量變化造成電壓暫降的對應權重比例為： wl = AURi / AU, w2 = AUx^ I AU,w3 = AUe^ / AU , >v4 = AUr,l I AU,w5 = AUx，l / AU,, w6 = ^U, / AU,w7 = AUm /At/。 1DG YDG
【文檔編號】G01R31/08GK104360235SQ201410665882
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】呂幹雲 申請人:南京工程學院