CN102116811B - 双母线传输中的谐波源判断方法及电能质量监测系统 - Google Patents

双母线传输中的谐波源判断方法及电能质量监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力系统监测技术领域,尤其涉及一种双母线传输中的谐波源判断方法。该方法包括:获得各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据;判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换;根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率;根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源。本发明还公开了一种包含上述方法的电能质量检测系统。根据上述方法及系统能够正确识别出谐波源,方便工作人员对谐波源的治理从而达到提高电能质量、同时也能保证发/供电设备的正常运行的目的。

Description

双母线传输中的谐波源判断方法及电能质量监测系统
技术领域
本发明涉及电力系统监测技术领域,尤其涉及一种双母线传输中的谐波源判断方法及能够使用该方法的电能质量监测系统。
背景技术
随着现代工业的发展,换流设备、变频设备等非线性用电设备在冶金、化工、电气化铁路和直流输电技术等领域得到广泛应用。但,这些非线性用电设备会产生大量谐波并将其注入电网中,这样会造成电网中输出的电压波形发生畸变,从而使电能质量下降,给发/供电设备的正常运行造成较大影响。而且,谐波对电容器的安全也构成了很大的威胁,有关统计资料表明,电力系统中电容器的损坏有很大比例为谐波所造成的。谐波污染已经成为电力系统主要的“公害”之一,如何确定谐波源,以便对其进行治理是目前亟待解决的问题。
在实际电网运行中,存在一种针对10kV和35kV电压等级的单母线分段的主接线方式和一种针对110kV以上电压等级的双母线的主接线方式。图1示出了一路10kV电压的单母线分段接线方式。如图1所示,由于各出线线路与母线是单一的对应方式,即出线线路1和出线线路2均挂接在4号母线上,出线线路3和出线线路4均挂接在5号母线上,各出线线路挂接方式是单一的。这样,现有的电能质量监测系统可以通过谐波监测仪获得的各出线线路同次谐波电压及谐波电流计算出各出线线路的谐波有功功率,然后就可以根据各出线线路谐波有功功率流向正确的判断出谐波源。图2示出了一路110kV电压的双母线接线方式。如图2所示,由于各出线线路和母线不是单一的对应方式,即可以通过改变各出线线路上-5(型5)的隔离开关和-4(型4)的隔离开关的开合状态使各出线线路选择所连接的母线。但,当某一出线线路如出线线路1从母线4倒挂到母线5上时(例如,母线检修时或运行方式变化时会出现这种情况),而电能质量监测系统仍将与出线线路1固定匹配的母线4上的同次谐波电压与该出线线路上的谐波电流匹配在一起,这样使得现有电能质量监测系统计算出的该出线线路1的谐波有功功率是错误,进而得出的谐波有功功率的流向是错误,也就无法正确的识别出谐波源。
发明内容
本发明的目的在于,提供了一种双母线传输中的谐波源判断方法及使用该方法的电能质量监测系统,使其能够正确识别出谐波源,方便了工作人员对谐波源的治理从而达到提高电能质量、同时也能保证发/供电设备的正常运行的目的。
为实现上述目的,本发明提供一种双母线传输中的谐波源判断方法,该方法包括以下步骤:
获得各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据;
判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换;
根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率;
根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源。
作为优选,可根据隔离开关的状态判断各出线线路对应的母线是否发生换接。
作为优选,该方法还包括将各出线线路同次谐波的有功功率转换成电能质量数据传输格式PQDIF文件数据输出。
作为优选,该方法还包括将各出线线路同次谐波的有功功率进行显示。
本发明提供一种电能质量监测系统,该系统包括用于获取各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据的谐波监测仪,及与所述谐波监测仪电连接的数据处理器,所述数据处理器包括:
用于获得各谐波监测仪传输的电压电流数据的获取模块;
与所述获取模块相连接,用于判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换的判断模块;
与所述判断模块相连接,用于根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率的计算模块;
与所述计算模块相连接,用于根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源的识别模块。
作为优选,所述判断模块是根据隔离开关的状态来判断各出线线路对应的母线是否发生换接的。
作为优选,所述数据处理器还包括:与所述判断模块相连接,用于将各出线线路同次谐波的有功功率转换成电能质量数据传输格式PQDIF文件数据并输出的PQDIF数据转换模块。
作为优选,所述数据处理器还可包括:与所述计算模块相连接,用于将各出线线路同次谐波的有功功率进行显示的显示模块。
作为优选,所述谐波监测仪包括顺序连接的信号隔离器、放大器、低通滤波器、采样保持器、通道转换器、模/数转换器和数据缓存器,以及连接在所述低通滤波器和采样保持器之间的过零检测装置,以及分别与所述过零检测装置、采样保持器、模/数转换器相连接的同步锁相环。
作为优选,所述谐波监测仪与数据处理器之间通过有线连接方式或无线连接方式进行数据传输。
作为优选,该系统还包括分别与所述数据处理器和谐波监测仪相连接,用于接收所述数据处理器的指令并根据该指令控制所述谐波监测仪获取各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据组的工控机和/或与所述工控机相连接并实现所述工控机向外部终端机传输数据信息的通讯模块。
本发明通过正确获得对使用双母线连接方式的各出线线路上的谐波有功功率,从而可以正确识别出谐波源,方便了工作人员对谐波的治理,这样可以达到提高电能质量、同时也能保证发/供电设备的正常运行的目的。
附图说明
图1为现有技术中单母线分段接线方式结构示意图;
图2为现有技术中双母线接线方式结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种双母线传输中的谐波源判断方法的流程示意图;
图4为本发明实施例提供的一种电能质量监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施方式进行详细说明。
图3为本发明实施例提供的一种双母线传输中的谐波源判断方法的流程示意图。如图3所示,该方法包括:
S31、获得各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据;
现有的电能质量监测系统中是将各不同的谐波监测仪获取的各出线线路的电压电流数据放置在不同的数据缓冲区。例如,该谐波监测仪一获取1路母线上的电压数据及与该母线连接的3路出线线路上的电流数据,例如该谐波监测仪一获取的数据为U1-I1、U1-I2、U1-I3,则上述三组电压电流数据放在一个缓冲区。而谐波监测仪二获取1路母线上的电压数据及与该母线连接的3路出线线路上的电流数据,例如该谐波监测仪二获取的数据为U2-I4、U2-I5、U2-I6,则这三组电压电流数据是放在另一个缓冲区的。而本步骤中,将上述谐波监测仪一和谐波监测仪二获取的电压电流数据放置在同一个缓冲区中,且各出线线路电压电流数据仍根据现有电能质量监测系统中预定匹配关系形成的,即每条出线线路的电压数据和电流数据分别为该出线线路上的电流及该出线线路一开始挂接的母线上的电压,即各出线线路上的电压电流数据分别为U1-I1、U1-I2、U1-I3、U2-I4、U2-I5、U2-I6。其中,U1和U2分别同级电压中双母线对应的电压数据,如母线4对应U1、母线5对应U2;I1-I6分别为出线线路1-6对应的电流。
S32、判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换;
本步骤中,判断各出线线路对应的母线是否发生换接可根据隔离开关的状态来判断或者由人来直接判断,当出线线路1从母线4倒接到母线5上时,则出线线路1电压电流数据U1-I1中的U1替换为U2,即出线线路1对应的电压电流数据为U2-I1,而隔离开关未发生改变的出线线路对应的电压电流数据将不发生改变。如果判断各出线线路对应的母线是否发生换接是根据隔离开关的状态来判断的话,则该步骤具体实现方法可以在各出线线路与母线连接的隔离开关上各设置感应器,通过感应器将各隔离开关的开合状态信号传输给数据处理器,由数据处理器根据隔离开关的开合状态信号使各出线线路的电压数据动态与其连接的母线上的电压数据一致。
S33、根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率;
本步骤中,可以根据快速傅里叶变换FFT计算出各出线线路对应的各次谐波电压电流数据的复数表示,各次谐波电压电流数据的复数表示如下:
U=Ui∠Φi,I=Ii∠Φi
其中,Ui、Ii分别为各次谐波的电压幅度和电流幅度,Φi为各次谐波的相位;
然后,根据有功功率公式P=∑Re(UI)计算出所需要的各出线线路同次谐波的有功功率即可。
S34、根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源。
本步骤中,根据各出线线路同次谐波的有功功率来判断谐波源的方法与现有电能质量监测系统中的判断方法相同,即均根据有功功率方向来判断谐波源的。
本实施例中,该在双母线接线方式中使用的判断谐波源的方法还包括将各出线线路同次谐波的有功功率转换成PQDIF(power quality data interchangeformat,电能质量数据传输格式)文件数据输出。由于PQDIF文件可以使多个谐波监测仪获取的电压电流数据之间具有良好的兼容性,因此便于实现数据共享。
本实施例中,该在双母线接线方式中使用的判断谐波源的方法还包括将各出线线路同次谐波的有功功率进行显示,以利于直接观察。
本实施例提供的在双母线接线方式中使用的判断谐波源的方法,在出线线路通过隔离开关在双母线之间进行换接时,能够使该出线线路对应的电压数据动态匹配到所连接的母线上的电压数据,这样可以获得出线线路对应的准确的谐波的有功功率,从而使得可以根据该准确的谐波的有功功率准确判断出谐波源。
图4为本发明实施例提供的一种电能质量监测系统的结构示意图。如图4所示,该系统包括谐波监测仪和与所述谐波监测仪电连接的数据处理器。谐波监测仪用于获取各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据。该谐波监测仪具体包括顺序连接的信号隔离器、放大器、低通滤波器、采样保持器、通道转换器、模/数转换器和数据缓存器,以及连接在所述低通滤波器和采样保持器之间的过零检测装置,以及分别与所述过零检测装置、采样保持器、模/数转换器相连接的同步锁相环。当然,该谐波监测仪还包括用于给上述各元器件提供电源的电源模块。
首先,各出线线路上的电流信号及其对应的母线上的电压信号依次经过信号隔离器、放大器、低通滤波器、采样保持器、通道转换器及模/数转换器处理之后形成各出线线路的电压电流数据存储在数据缓冲器中。然后,存储在数据缓存器中的各出线线路的电压电流数据传输给数据处理器。该传输方式可以为有线传输方式和无线传输方式。
所述数据处理器为一处理功能非常齐全的终端设备,例如计算机、单片机系统等。该数据处理器具体可包括CPU、ROM、RAM、显示模块和界面操作处理模块,上述各元器件之间均通过总线进行信息交互。所述CPU具体包括顺序连接的获取模块、判断模块、计算模块和识别模块。其中,
所述获取模块用于获得各谐波监测仪传输的电压电流数据。
所述判断模块与所述获取模块相连接,用于判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换。其中,判断模块可以根据隔离开关的状态(该处所指的隔离开关是各出线线路上断路器和母线之间的隔离开关,如图2中的-4或-5隔离开关)或者根据用于的指令来判断各出线线路对应的母线是否发生换接。如果判断模块是根据用户的指令来判断各出线线路对应的母线是否发生换接时,本实施例所提供的电能质量监测系统还包括用于根据用户的指令使所述判断模块将发生换接的出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换的界面操作处理模块。
所述计算模块与所述判断模块相连接,用于根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率;
所述识别模块与所述计算模块相连接,用于根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源。
本实施例中,所述数据处理器还包括与所述判断模块相连接,用于将各出线线路同次谐波的有功功率转换成电能质量数据传输格式PQDIF文件数据并输出的PQDIF数据转换模块。由于PQDIF文件可以使多个谐波监测仪获取的电压电流数据之间具有良好的兼容性,因此便于实现数据共享。
本实施例中,所述数据处理器还可包括与所述计算模块相连接,用于将各出线线路同次谐波的有功功率进行显示的显示模块,以利于直接观察。
本实施例中,该电能质量监测系统还可以包括工控机,其分别与所述数据处理器和谐波监测仪相连接,用于接收所述数据处理器的指令并根据该指令控制所述谐波监测仪获取各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据。当然,该工控机还可以包含其它功能如对获取的数据进行处理及存储等。
本实施例中,该电能质量监测系统还可包括通讯模块,其与所述工控机相连接,便于使所述工控机向预定的终端机传输信息。
与现有的电能质量监测系统相比,本实施例提供的电能质量监测系统可以使在以双母线接线方式传输的出线线路中,当出线线路通过改变隔离开关的状态从与其连接的其中一条母线4挂接到双母线中的另外一条母线5上时,本实施例提供的电能质量监测系统可以使该出线线路对应的电压数据作动态变换,即可以使该出线线路从4母线的电压数据对应到换接后母线5上的电压数据,从而可以正确识别出谐波源,方便工作人员对谐波的治理,以消除谐波对人民生产生活造成的重大影响。而且本实施例提供的电能质量检测系统同时还具有现有电能质量监测系统所具有的所有功能,例如具有谐波超值报警和跳闸功能、越限保护功能、定时监测功能(如每三分钟记录一组测量结果)、保存功能(将记录和/或测量结果进行保存,且可以保存六个月以上)、及自动生成越限情况报告文件功能(如每天自动生成一个越限情况报告文件,记录一天中各次谐波越限的起止时间及越限时刻所对应的值)。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为落在本发明的权利要求所要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双母线传输中的谐波源判断方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
获得各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据;
判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换;
根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率;
根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源。
2.根据权利要求1所述的双母线传输中的谐波源判断方法,其特征在于,所述判断各出线线路对应的母线是否发生换接是根据隔离开关的状态来判断的。
3.根据权利要求1或2所述的双母线传输中的谐波源判断方法,其特征在于,该方法还包括将各出线线路同次谐波的有功功率转换成电能质量数据传输格式PQDIF文件数据输出。
4.一种电能质量监测系统,包括用于获取各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据的谐波监测仪,和与所述谐波监测仪电连接的数据处理器,其特征在于,所述数据处理器包括:
用于获得各谐波监测仪传输的电压电流数据的获取模块;
与所述获取模块相连接,用于判断各出线线路对应的母线是否发生换接,如果是,将该出线线路对应的电压数据用换接后母线上所对应的电压数据替换的判断模块;
与所述判断模块相连接,用于根据各出线线路对应的电流数据和新的电压数据计算出各出线线路同次谐波的有功功率的计算模块;
与所述计算模块相连接,用于根据各出线线路同次谐波的有功功率识别谐波源的识别模块。
5.根据权利要求4所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述判断模块是根据隔离开关的状态来判断各出线线路对应的母线是否发生换接的。
6.根据权利要求4所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述数据处理器还包括:与所述判断模块相连接,用于将各出线线路同次谐波的有功功率转换成电能质量数据传输格式PQDIF文件数据并输出的PQDIF数据转换模块。
7.根据权利要求4所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述数据处理器还包括:与所述计算模块相连接,用于将各出线线路同次谐波的有功功率进行显示的显示模块。
8.根据权利要求4所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述谐波监测仪包括:顺序连接的信号隔离器、放大器、低通滤波器、采样保持器、通道转换器、模/数转换器和数据缓存器,以及连接在所述低通滤波器和采样保持器之间的过零检测装置,以及分别与所述过零检测装置、采样保持器、模/数转换器相连接的同步锁相环。
9.根据权利要求4所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述谐波监测仪与数据处理器之间通过有线连接方式或无线连接方式进行数据传输。
10.根据权利要求4所述的电能质量监测系统,其特征在于,该系统还包括分别与所述数据处理器和谐波监测仪相连接,用于接收所述数据处理器的指令并根据该指令控制所述谐波监测仪获取各出线线路根据预定匹配关系形成的电压电流数据的工控机和/或与所述工控机相连接并实现所述工控机向外部终端机传输数据信息的通讯模块。
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Address after: 065000 Langfang city of Hebei province Guangyang District No. 105 Xinhua Road

Applicant after: Langfang Power Supply Company, Jibei Electric Power Co.,Ltd.

Applicant after: BAODING SANYIFANGCHANG POWER ELECTRONIC Co.,Ltd.

Address before: 065000 Langfang city of Hebei province Guangyang District No. 105 Xinhua Road

Applicant before: Langfang Power Supply Company of North China Grid Co.,Ltd.

Applicant before: BAODING SANYIFANGCHANG POWER ELECTRONIC Co.,Ltd.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: NORTH CHINA GRID COMPANY LTD. LANGFANG BRANCH TO: JIBEI ELECTRIC POWER CO., LTD. LANGFANG POWER SUPPLY COMPANY

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 065000 LANGFANG, HEBEI PROVINCE TO: 100761 XICHENG, BEIJING

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20130418

Address after: 100761 West Chang'an Avenue, Beijing, No. 86, No.

Applicant after: State Grid Corporation of China

Applicant after: Langfang Power Supply Company, Jibei Electric Power Co.,Ltd.

Applicant after: BAODING SIFANGSANYI ELECTRIC Co.,Ltd.

Address before: 065000 Langfang city of Hebei province Guangyang District No. 105 Xinhua Road

Applicant before: Langfang Power Supply Company, Jibei Electric Power Co.,Ltd.

Applicant before: BAODING SANYIFANGCHANG POWER ELECTRONIC Co.,Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant