CN102508117A - 一种用于负荷建模的扰动区域负序电流判断方法 - Google Patents

Abstract

用于负荷建模的扰动区域负序电流判断方法，包括下述步骤：A、利用监测装置实时采集母线流出的三相电压和电流，并记录各个瞬时值，根据傅里叶变换对故障发生时现场采集的电压和电流瞬时值进行傅里叶滤波，得到电压和电流瞬时值的基波分量；B、对基波电压和电流采用对称分量法，提取电压和电流的负序分量；C、根据电压和电流的负序分量求解电压和电流的相位关系，如果测得的负序电流超前负序电压的角度为π-θ，其中θ是监测装置前面系统阻抗的阻抗角，0≤θ≤π/2时，则说明故障发生在区域内部；如果测得的负序电流落后负序电压的角度为θ₁，其中θ₁是监测装置后面的负荷阻抗的阻抗角，0≤θ₁≤π/2时，则说明故障发生在区域外部。

Description

一种用于负荷建模的扰动区域负序电流判断方法

技术领域

本发明公开一种负序电流判断方法，具体是指一种用于负荷建模中扰动数据有效性判断的负序电流检测方法，属于电力技术领域。

背景技术

国内外在负荷建模领域都已开展了大量的研究工作，也提出了不少方法，其中“总体测辨法”由于其不需要知道负荷具体成分，现场实测数据能反应负荷的实际特性等优点，在我国的负荷建模工作中被大量采用。

但是总体测辨法数据的获得主要靠专为负荷模型辨识所开发的数据记录装置，由于这类装置功能单一、成本高、安装不便、运行管理困难等问题，一直未能在电力系统中广泛采用。电能质量在线监测系统的普及使获得负荷特性的数据更加广泛而廉价，解决了长期困扰负荷建模的实测数据问题，将大大促进总体测辩法负荷建模走向实用化。

负荷建模所需的扰动数据必须满足两个条件，一是负荷建模选取的数据是具有同一负荷水平的扰动数据，即扰动前后负荷的稳态值不变，这点可以从故障前后波形对比看出来；二是区域(区域是指电压扰动门限值，区域内指未达到触发门限，区域外指电压波动超过门限值上/下限)外的故障引起的电压，有功功率和无功功率的波动。而区域内的故障引起的扰动数据不能用来建模，现有技术中的负荷建模不能区分区域内故障还是区域外故障，建模不够准确。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的负荷建模时不能却分区域内故障还是区域外故障的缺点，本发明提供一种新的用于负荷建模的扰动区域负序电流判断方法，其是针对总体测辨法负荷建模数据有效性分析需求提出的一种基于测量数据判断故障源方向的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于负荷建模的扰动区域负序电流判断方法，该方法包括下述步骤：

D、利用监测装置实时采集母线流出的三相电压和电流，并记录各个瞬时值，根据傅里叶变换对故障发生时现场采集的电压和电流瞬时值进行傅里叶滤波，得到电压和电流瞬时值的基波分量；

E、对基波电压和电流采用对称分量法，提取电压和电流的负序分量；

F、根据电压和电流的负序分量求解电压和电流的相位关系，如果测得的负序电流超前负序电压的角度为π-θ，其中θ是监测装置前面系统阻抗的阻抗角，0≤θ≤π/2时，则说明故障发生在区域内部；如果测得的负序电流落后负序电压的角度为θ₁，其中θ₁是监测装置后面的负荷阻抗的阻抗角，0≤θ₁≤π/2时，则说明故障发生在区域外部。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种简便可行用于负荷建模中扰动数据有效性判断的负序电流检测的实现方法，其计算过程只需要依赖电能监测装置本身的数据记录功能，只需要提供三相电压和电流的瞬时值，因此不需要额外的增加成本投入。本发明中的负序电压只与负序电流和负序阻抗有关，系统电源不会有负序分量，所以此判断方法简单而准确。本发明中的阻抗角可以根据实际系统情况确定其取值范围，以保证判断更加准确。本发明可应用于负荷建模的监测装置一般安装在负荷区域的进线端，负荷区域内部可能含有电源，如分布式电源或者自备电厂，但是负荷功率大于内部电源发出的功率，整体负荷区域需要吸收系统侧功率。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的系统接线及检测装置安装地点示意图。

图2为本发明的系统负序网络图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参见附图1和附图2，本发明中，所需的测量数据来源是电能质量在线监测装置，这些装置一般安装在负荷区域的进线处母线端，假设检测装置安装处的母线为A，母线A前端的电网系统用一个电源和一条母线B等效表示，母线A后面的负荷区域用母线C和一个电源等效表示。其中，监测装置能实时监测母线A流出的三相电压、电流，并对其瞬时值进行记录，本实施例中，监测装置采样频率为2048点/10周波，建模的要求为不低于32点/周波，提高了建模的精度。实测的数据所得的原始数据是各个采样时刻的三相电压、电流的瞬时值，还可能含有不衰减的直流分量和各次谐波。在电力系统暂态稳定计算中一般只考虑基波正序分量，因此需要对数据进行如下处理，具体包括下述几个步骤：

(1)滤除直流分量和各次谐波，提取基波分量。

现场实测的电压、电流数据可以看作是基波、各次谐波及直流分量的叠加，因此，采用傅立叶变换可以计算出波形中基波及各次谐波的幅值和相角，根据傅里叶变换对现场采集的电压和电流瞬时值进行傅里叶滤波，得到电压电流的基波分量。

傅里叶滤波公式如下所示：

$X_{\mathrm{Re}}\left(k\right)=\frac{2\mathrm{\π}}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X(k-i)\cos \left[\frac{2\mathrm{\π}}{N}(k-i)\right]$ 式一

$X_{\mathrm{Im}}\left(k\right)=\frac{2\mathrm{\π}}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X(k-i)\sin \left[\frac{2\mathrm{\π}}{N}(k-i)\right]$ 式二

其中，N表示每周期(本实施例中的周期是指交流工频周期)采样点的个数，K表示当前所求点，X_Re表示电压，X_Im表示电流，式一中的x是指电压值，式二中的x是指电流值。

(2)采用对称分量法，求得基波的负序分量。

对称分量法是电力系统中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。其基本公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{F^{\·}}_{A\left(1\right)}=\frac{1}{3}({X^{\·}}_A+\mathrm{\α}{X^{\·}}_B+{\mathrm{\α}}^2{X^{\·}}_C)\\ {F^{\·}}_{A\left(2\right)}=\frac{1}{3}({X^{\·}}_A+{\mathrm{\α}}^2{X^{\·}}_B+\mathrm{\α}{X^{\·}}_C)\\ {F^{\·}}_{A\left(0\right)}=\frac{1}{3}({X^{\·}}_A+{X^{\·}}_B+{X^{\·}}_C)\end{array}\right.$

(3)得到负序分量后，根据负序分量值求取电压和电流的相位关系，判断电压电流的相位关系。

如果测得的负序电流落后负序电压的角度为θ₁，其中θ₁是监测装置后面的负荷阻抗的阻抗角，0≤θ₁≤π/2时，

$-\frac{\mathrm{\π}}{2}\≤\arg \frac{{I^{\·}}_{A\left(2\right)}}{{U^{\·}}_{A\left(2\right)}}\≤0$

故障发生在负荷区域以外，符合数据可以采用；

如果测得的负序电流超前负序电压的角度为π-θ，其中θ是监测装置前面系统阻抗的阻抗角，0≤θ≤π/2时，

$\frac{\mathrm{\π}}{2}\≤\arg \frac{{I^{\·}}_{A\left(2\right)}}{{U^{\·}}_{A\left(2\right)}}\≤\mathrm{\π}$

说明故障发生在负荷区域以内，符合数据不能采用。

本发明提供了一种简便可行用于负荷建模中扰动数据有效性判断的负序电流检测的实现方法，其计算过程只需要依赖电能监测装置本身的数据记录功能，只需要提供三相电压和电流的瞬时值，因此不需要额外的增加成本投入。本发明中的负序电压只与负序电流和负序阻抗有关，系统电源不会有负序分量，所以此判断方法简单而准确。本发明中的阻抗角可以根据实际系统情况确定其取值范围，以保证判断更加准确。本发明可应用于负荷建模的监测装置一般安装在负荷区域的进线端，负荷区域内部可能含有电源，如分布式电源或者自备电厂，但是负荷功率大于内部电源发出的功率，整体负荷区域需要吸收系统侧功率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于负荷建模的扰动区域负序电流判断方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：

A、利用监测装置实时采集母线流出的三相电压和电流，并记录各个瞬时值，根据傅里叶变换对故障发生时现场采集的电压和电流瞬时值进行傅里叶滤波，得到电压和电流瞬时值的基波分量；

B、对基波电压和电流采用对称分量法，提取电压和电流的负序分量；

C、根据电压和电流的负序分量求解电压和电流的相位关系，如果测得的负序电流超前负序电压的角度为π-θ，其中θ是监测装置前面系统阻抗的阻抗角，0≤θ≤π/2时，则说明故障发生在区域内部；如果测得的负序电流落后负序电压的角度为θ₁，其中θ₁是监测装置后面的负荷阻抗的阻抗角，0≤θ₁≤π/2时，则说明故障发生在区域外部。

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