CN102081134A - 一种电力系统扰动源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统扰动源定位方法，它利用扰动来估计系统非扰动源侧的基波正序阻抗，该阻抗中电阻部分的符号可以反映扰动发生的位置。它在供电系统侧与用户侧的分界点M处，采集含有扰动的电压、电流波形，以供电系统侧为上游，以用户侧为下游；M点处因扰动产生的电压和电流变化分别为ΔV和ΔI，则其等效阻抗为

如果扰动发生在供电系统侧，Z_e就是用户侧的等效阻抗；如果扰动发生在用户侧，Z_e就是供电系统侧等效阻抗的负值，通过检验Z_e实部的符号即可确定扰动源的方向。

Description

一种电力系统扰动源定位方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统扰动源定位方法。

背景技术

大到系统故障或重负荷切换，小到电力负荷的变化，这些事件都会给电力系统造成扰动。扰动可以从扰动源顺着电网传播到很远的地方，进而影响到很大区域范围内的电力用户。过去的研究工作主要通过开发协议和系统，通过测量扰动来对扰动进行诊断。很少有关于扰动源定位方面的工作被报道出来。随着电力行业的重组，电力公司越来越倾向于量化电能质量方面的责任，而扰动是电力系统最为关心的电能质量问题之一。因此，研究扰动源的定位方法近年来日益受到关注。尽管许多学者从事该方面的研究，但至今为止仍然没有一种可靠且技术健全的扰动源定位方法。

目前有学者提出利用扰动能量和扰动功率的最初峰值来确定扰动源的方向。该方法基于对扰动现象的直观理解，缺乏理论上的支持。因此，难以对该方法的有效性和局限性进行评估。相关文献可见“A.C.Parsons，W.M.Grady，E J.Powers，and J.C.Soward，“A direction finder for power quality disturbances based upon disturbance power and energy，”IEEE Trans.Power Delivery，vol.15，no.3，pp.1081-1086，Jul.2000.”。

此外还有文献提出通过观察发现电压和电流比值曲线的斜率根据扰动源的位置呈现相反的符号，进而提出通过观察上述斜率的符号来确定扰动源的位置。这仍然是一种基于经验的方法，难以评估其适用范围。相关文献可见“C.Li，T.Tayjasanant，and W.Xu，“A method for voltage sag source detection by investigating slope of the system traj ectory，”Proc.Inst.Elect.Eng.，vol.150，no.3，pp.367-372，May 2003.”。

经过研究我们现，方向继电器中使用的增量阻抗概念非常适用于扰动源的检测。当故障发生于电网的不同位置时，基于某一测量点检测到的电压、电流增量计算出的估计阻抗的实部将呈现不同的符号。根据这一特点就可判断出扰动源的位置。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提出了一种电力系统扰动源定位方法，它利用扰动来估计系统非扰动源侧的基波正序阻抗，该阻抗中电阻部分的符号可以反映扰动发生的位置。该结论针对线性和非线性系统在理论上都可以得到证明。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统扰动源定位方法，它在供电系统侧与用户侧的分界点M处，采集含有扰动的电压、电流波形，以供电系统侧为上游，以用户侧为下游；M点处因扰动产生的电压和电流变化分别为ΔV和ΔI，计算其等效阻抗Z_e＝ΔV/ΔI。

如果扰动发生在供电系统侧，Z_e就是用户侧的等效阻抗；如果扰动发生在用户侧，Z_e就是供电系统侧等效阻抗的负值，通过检验Z_e实部的符号即可确定扰动源的方向。

所述扰动源监测器对扰动发生前后采集到的电压、电流数据在每个周波内分别进行傅立叶分解，用扰动发生后某一周波的基波正序电压与扰动发生前某一周波的基波正序电压相减得到ΔV，用扰动发生后某一周波的基波正序电流与扰动发生前某一周波的基波正序电流相减得到ΔI，用ΔV除以ΔI得到等效阻抗Z_e。

所述扰动源监测器为电能质量表或数字电表。

本发明的有益效果是：无论对于线性还是非线性系统，一旦有扰动发生，仅通过对供电系统与用户间某一点采集到的电压和电流数据进行简单分析，就可以准确判断出扰动源发生的位置。如果因为某一扰动源在电网中传播给电力系统或用户造成损失，本发明能够为产生该扰动源责任方的判定提供依据。

附图说明

图1为本发明的扰动源定位等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

本发明扰动源定位问题可用图1所示等效电路来描述。扰动源监测器在M点捕捉含有扰动的电压、电流波形，以用来判断扰动是来自上游还是下游。具体实施时，M点位于供电系统和用户的分界点处。Z_U和E_U是上游(即供电系统侧)等效阻抗和电源，Z_D和E_D是下游(即用户侧)等效阻抗和电源。M点是测量点，在该处测量电压、电流波形。

扰动发生前M点处满足下式：

V＝E_U-IZ_U        (1)

当M点下游即用户侧有扰动发生时，M点处的电压和电流变为V+ΔV和I+ΔI，其中ΔV和ΔI分别为因用户侧发生扰动而导致的M点电压和电流的变化。如果假设在扰动发生期间供电侧参数Z_U和E_U保持不变，可得如下方程：

V+ΔV＝E_U-(I+ΔI)Z_U    (2)

(1)式与(2)式相减，即可得到非扰动侧(即供电系统侧)等效阻抗：

$Z_U=-\frac{\mathrm{\ΔU}}{\mathrm{\ΔI}}---\left(3\right)$

同理，如果扰动发生在供电系统侧，就可得到用户侧阻抗：

$Z_D=\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ΔI}}---\left(4\right)$

定义等效阻抗Z_e： $Z_e=\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ΔI}}---\left(5\right)$

由此可见，等效阻抗Z_e因扰动源位置的不同而呈现不同的符号。本发明所述方案的基本思想就是估计Z_e。事实上，Z_e有着明确的物理概念。如果扰动发生在供电系统侧，Z_e就是用户侧的等效阻抗；如果扰动发生在用户侧，Z_e就是供电系统侧等效阻抗的负值。

由于电阻应该总是正的，因此通过检验Z_e实部的符号来确定扰动源的方向。

所述扰动源监测器为电能质量表或数字电表。

Claims (3)

1.一种电力系统扰动源定位方法，其特征是，它在供电系统侧与用户侧的分界点M处，利用扰动源监测器采集含有扰动的电压、电流波形，以供电系统侧为上游，以用户侧为下游；M点处因扰动产生的电压和电流变化分别为ΔV和ΔI，则其等效阻抗为Z_e：

$Z_e=\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ΔI}}---\left(5\right)$

如果扰动发生在供电系统侧，Z_e就是用户侧的等效阻抗；如果扰动发生在用户侧，Z_e就是供电系统侧等效阻抗的负值，通过检验Z_e实部的符号即可确定扰动源的方向。

2.如权利要求1所述的电力系统扰动源定位方法，其特征是，所述扰动源监测器对扰动发生前后采集到的电压、电流数据在每个周波内分别进行傅立叶分解，用扰动发生后某一周波的基波正序电压与扰动发生前某一周波的基波正序电压相减得到ΔV，用扰动发生后某一周波的基波正序电流与扰动发生前某一周波的基波正序电流相减得到ΔI，用ΔV除以ΔI得到等效阻抗Z_e。

3.如权利要求1或2所述的电力系统扰动源定位方法，其特征是，所述扰动源监测器为电能质量表或数字电表。

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