CN102004854A

CN102004854A - 实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法

Info

Publication number: CN102004854A
Application number: CN 201010555393
Authority: CN
Inventors: 黄林; 罗建; 蔡明�; 刘波; 黎穆; 潘永旗; 雷雨; 毛泽文; 刘欣宇; 王勇; 何潜; 李文涛; 何攻; 许懿; 史成刚; 李应凯; 王平
Original assignee: CHONGQING CITY ELECTRICAL POWER Co; Chongqing University
Current assignee: CHONGQING CITY ELECTRICAL POWER Co; Chongqing University
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-04-06

Abstract

一种实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，它包括有(1)采集配电网的电信号u(t)、i(t)；(2)获取第一电压参数系数A_u(t)、第二电压参数系数B_u(t)、第一电流参数系数A_i(t)、第二电流参数系数B_i(t)；(3)分别对第一电流参数系数A_i(t)和第二电流参数系数B_i(t)进行对时间t求导，分别计算出A^’ _i(t)、B^’ _i(t)；(4)准确地计算出该配电网每一时刻的非线性负荷等值阻抗参数R(t)、L(t)。本发明可以利用采集到的任意时刻点电流和电压值，来实时获取该时刻的配电网非线性负荷等值阻抗参数，且与采样数据频率无关，精确度高达95%以上，完全适用于目前所有配电网的实际需要。

Description

实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法

技术领域

本发明涉及一种获取配电网技术参数的方法，特别是一种实时获取配电网等值阻抗参数的方法。

背景技术

随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，配电网中非线性负荷设备的使用也急聚增多，非线性负荷产生出大量的谐波电流或谐波电压，并注入到配电网中，致使配电网各处的电压信号和电流信号造成畸变，显著地降低了配电网的电能质量，不仅对电力系统的一些重要设备产生重大影响，而且对广大用户产生严重危害。非线性负荷引发的谐波对配电网所产生的危害主要表现在：

1、谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。其中，大量的三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。

2、谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，从而使用电设备寿命明显缩短，直至最终损坏。

3、谐波会引起电网谐振，容易将谐波电流放大几倍甚至数十倍，对电力系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。

4、谐波会导致断电保护和自动装置产生误动作，造成不必要的供电中断和损失。

5、谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。

6、谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

7、谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。

8、谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。

由于非线性负荷引发的谐波对配电网造成正弦波畸变所带来的上述危害，因此，准确识别出配电网中的非线性负荷设备，对明确电力系统电压电流的污染责任，并对谐波源进行准确治理，从而提高供电质量、确保电力系统安全、降低电力运行成本，这都有着十分重要的意义。

目前，对非线性负荷设备识别的常用方法是：依据负荷端口上实时采样检测的电压信号和电流信号，根据微分方程建立非线性负荷等值阻抗参数与电压电流信号之间的关系，采用最小二乘估计方法来获取非线性负荷等值阻抗参数，即需要至少两个时刻的采样数据才可以求解出一组阻抗参数值。然而，采用最小二乘估计方法来获取非线性负荷等值阻抗参数具有两个缺点：一是利用差分来代替求导，这样易导致截断误差，而且只有在电压电流信号波形光滑且采样频率较高的情况下才有效，显然实际情况很难满足这样的条件；二是假定最小二乘估计区间内的非线性负荷等值阻抗参数不变化，此时若采样频率过大，会导致测量矩阵奇异，求取结果完全不正确，若采样频率过小，对于严重非线性负荷，其求取结果也将仍然完全不正确。由此，依据负荷端口上采样检测的电压电流信号，现有方法不能正确求取非线性负荷等值阻抗参数。

目前常采用的最小二乘法的思想是最少需采用两个点进行求解，以下的分析均采用两点最小二乘法进行分析。若采样频率过小，假设两点上的测量值相差很大，则用两点求解的结果与真实的测量值相差很大。例如：实际中R在t1上的测量值为1，t2上的测量值为1000，那么采用最小二乘法求解的结果将位于1和1000之间。然而，计算误差时，无论如何计算，误差都很大。主要原因是采用两点法求解的时候只能得到一个值，而该值的计算依赖于t1，t 2两个点的测量值，若两点测量值的差值很大，必导致计算不正确。若采样频率过大，两点上的测量值相差过小，易导致测量矩阵奇异，计算结果不正确。例如：实际中u在t1上的测量值为1，t2上的测量值为1.0001，i在t1上的测量值为0.5，t2上的测量值为0.50005，则所建立的两个方程线性相关，即相当于一个方程求解两个未知参数值，这样也会导致求解错误。

发明内容

本发明的目的就是提供一种实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，该方法所获取的配电网非线性负荷的等值参数即时而且准确，准确率达到95％以上。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有如下的步骤：

(1)、采集配电网的电信号u(t)、i(t)：

用信号采集器实时获取配电网上任何一处的电信号，即通过配电网该处的电压瞬时信号u(t)和电流瞬时信号i(t)，从而获得随时间变化且成双配对的一系列电信号u(t)、i(t)的序列值，获取电信号u(t)、i(t)的时间间隔为T，且0.05ms≤T≤5ms；

(2)、获取第一电压参数系数A_u(t)、第二电压参数系数B_u(t)、第一电流参数系数A_i(t)、第二电流参数系数B_i(t)：

①、将步骤(1)获取的电压瞬时信号u(t)序列值依次输入到正弦逼近处理器中，经正弦逼近处理器在时间段Δt中逼近处理后，输出随时间变化的第一电压参数系数A_u(t)和第二电压参数系数B_u(t)，第一电压参数系数A_u(t)和第二电压参数系数B_u(t)必定满足电压瞬时信号u(t)的瞬变正弦函数表达式：u(t)＝A_u(t)cosωt+B_u(t)sinωt；其中，ω为配电网上电信号的角频率，0.5ms≤Δt≤30ms；

②、将步骤(1)获取的电流瞬时信号i(t)序列值依次输入到正弦逼近处理器中，经正弦逼近处理器在时间段Δt中逼近处理后，输出随时间变化的第一电流参数系数A_i(t)和第二电流参数系数B_i(t)，第一电流参数系数A_i(t)和第二电流参数系数B_i(t)必定满足电流瞬时信号i(t)的瞬变正弦函数表达式：i(t)＝A_i(t)cosωt+B_i(t)sinωt；其中，ω为配电网上电信号的角频率，0.5ms≤Δt≤30ms；

(3)、分别对第一电流参数系数A_i(t)和第二电流参数系数B_i(t)进行对时间t求导，分别计算出A’_i(t)、B’_i(t)；

(4)、计算出该配电网每一时刻的非线性负荷等值阻抗参数R(t)、L(t)：

将步骤(2)获取的第一电压参数系数A_u(t)、第二电压参数系数B_u(t)、第一电流参数系数A_i(t)、第二电流参数系数B_i(t)和步骤(3)计算出的第一电流求导值A’_i(t)、第二电流求导值B’_i(t)代入下列公式中计算：

R (t) = \frac{{B^{,}}_{i} (t) A_{u} (t) - A_{i} (t) A_{u} (t) ω - B_{i} (t) B_{u} (t) ω - B_{u} (t) {A^{,}}_{i} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

L (t) = \frac{A_{i} (t) B_{u} (t) - B_{i} (t) A_{u} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

通过上式计算，即能准确地获取该配电网每一时刻的非线性负荷等值阻抗参数R(t)、L(t)。

在本发明中，所述的正弦逼近处理器属于现有的成熟技术，它公开于公告号为CN100538380C、名称为“基于人工神经网络模型的电缆故障在线测距方法”专利文献中。

在本发明中，首先建立了这样的一个电路模型：与配电网上任意一点处所对应的配电网负荷完全等效为一个电阻R与电感L相串联的电路结构。根据这一模型，它必定满足如下的微分方程：

u(t)＝R(t)i(t)+L(t)(di(t)/dt)

式中：

u(t)表示被测配电网负荷端口随时间变化的电压值，u(t)这个函数表达式可以从步骤(2)中获取。

i(t)表示被测配电网负荷支路随时间变化的电流值，i(t)这个函数表达式可以从步骤(2)中获取。

依据u(t)、i(t)及上述的微分方程可以解出任意时刻的配电网负荷等值阻抗参数为：

R (t) = \frac{{B^{,}}_{i} (t) A_{u} (t) - A_{i} (t) A_{u} (t) ω - B_{i} (t) B_{u} (t) ω - B_{u} (t) {A^{,}}_{i} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

L (t) = \frac{A_{i} (t) B_{u} (t) - B_{i} (t) A_{u} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

本发明就是将配电网负荷与所建立的电路模型有机的结合在一起，利用正弦逼近的原理，对采样的配电网负荷端口电压电流数据进行处理，获得其正弦逼近表达式，结合配电网等值负荷模型，得到配电网负荷等值阻抗与其端口电压电流的约束关系式，从而实时的获取任意时刻的配电网负荷等值阻抗参数。所获取的等值阻抗参数与每一时刻的电流电压值一一对应，与采集数据的频率T无关，因此，与现有技术相比，一个时刻点对应一组等值阻抗参数，而且精确度高达95％以上。

由于采用了上述技术方案，本发明所采用的方法具有如下的优点：

1、可以利用采集到的任意时刻点电流和电压值，来实时获取该时刻的配电网非线性负荷等值阻抗参数。

2、本发明与采样数据频率无关，求解精度高达95％以上，完全适用于目前所有配电网的实际需要。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明中配电网负荷等效电路图。

具体实施方式

下面实施例对本发明作进一步说明：

本发明包括有如下的步骤：

(1)、采集配电网的电信号u(t)、i(t)：

R (t) = \frac{{B^{,}}_{i} (t) A_{u} (t) - A_{i} (t) A_{u} (t) ω - B_{i} (t) B_{u} (t) ω - B_{u} (t) {A^{,}}_{i} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

L (t) = \frac{A_{i} (t) B_{u} (t) - B_{i} (t) A_{u} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

上述的获取电信号u(t)、i(t)的时间间隔T可以为0.05ms，也可以为0.5ms，还可以为5ms。

上述的正弦逼近处理器逼近处理的时间段Δt可以为：2ms≤Δt≤10ms。正弦逼近处理器逼近处理的时间段Δt可以为2ms，也可以为5ms，还可以为10ms。

u(t)＝R(t)i(t)+L(t)(di(t)/dt)

式中：

R (t) = \frac{{B^{,}}_{i} (t) A_{u} (t) - A_{i} (t) A_{u} (t) ω - B_{i} (t) B_{u} (t) ω - B_{u} (t) {A^{,}}_{i} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

L (t) = \frac{A_{i} (t) B_{u} (t) - B_{i} (t) A_{u} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

现结合实验例对本发明作进一步说明：

本实验例是针对一个已知重庆大学内的配电网负荷等值阻抗参数进行检测的结果，其中已知该配电网负荷的等值电阻为100欧姆，电感为0.001亨利。现依次检测20个时刻点，时间间隔为0.5ms，检测结果见下表：

从表中可以知道，本发明的方法可以满足实际应用中精度比较高，可以满足实际应用的需要，而且能够时刻求解配电网负荷等值阻抗参数的问题，相对误差不超过2％。

该方法应用的具体例子：

尤其以谐波污染责任为例，进一步说明实时求解负荷等值参数的重要性。在配电网中非线性负荷是主要的谐波源，只有在明确谐波源的情况下，才能设计安装相应的滤波装置来治理谐波，从而降低谐波污染。对于配网中的大量负荷用户进行谐波源定位时，检测到的是多个谐波源负荷共同作用的结果，目前的方法存在不能正确定位谐波源的情况。这样就会对以下问题造成影响：首先，若不能正确定位谐波源，在谐波治理时，盲目的装设滤波器不但造成经济损失还会给配电网带来不必要的谐波。其次，谐波源定位不准确，对于谐波责任划分及谐波奖惩机制建立带来影响，使得没有产生谐波的用户受到不公平的惩罚。因此，实时正确的求解出负荷等值阻抗参数对于谐波源的正确定位有着重要的意义。

Claims

1.一种实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，它包括有如下的步骤：

(1)、采集配电网的电信号u(t)、i(t)：

R (t) = \frac{{B^{,}}_{i} (t) A_{u} (t) - A_{i} (t) A_{u} (t) ω - B_{i} (t) B_{u} (t) ω - B_{u} (t) {A^{,}}_{i} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

L (t) = \frac{A_{i} (t) B_{u} (t) - B_{i} (t) A_{u} (t)}{A_{i} (t) {B^{,}}_{i} (t) - {A_{i}}^{2} (t) ω - B_{i} (t) {A^{,}}_{i} (t) - {B_{i}}^{2} (t) ω}

2.如权利要求1所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于获取电信号u(t)、i(t)的时间间隔T为：0.05ms。

3.如权利要求1所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于获取电信号u(t)、i(t)的时间间隔T为：0.5ms。

4.如权利要求1所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于获取电信号u(t)、i(t)的时间间隔T为：5ms。

5.如权利要求1、2、3或4所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于正弦逼近处理器逼近处理的时间段Δt为：2ms≤Δt≤10ms。

6.如权利要求5所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于正弦逼近处理器逼近处理的时间段Δt为：2ms。

7.如权利要求5所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于正弦逼近处理器逼近处理的时间段Δt为：5ms。

8.如权利要求5所述的实时获取配电网非线性负荷等值阻抗参数的方法，其特征在于正弦逼近处理器逼近处理的时间段Δt为：10ms。