CN103983848A - 一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统及预警方法，本发明系统由谐波监测模块、数据存储模块、谐振分析启动模块、谐振点计算模块和谐振预警模块依序连接组成；谐波监测模块用于连续采集所有电容器支路电流互感器(CT)的谐波电流数据；数据存储模块用以实现电能质量数据采集模块及设备台帐数据的存储；谐振分析启动模块用于通过谐波幅值启动谐振点计算模块；谐振点计算模块用于评估电容器组的谐振点；谐振预警模块通过综合谐波放大倍数和谐波阻抗的扫描结果综合评估谐振预警等级。本发明具有数据采集量小，结构简单，预警结果可靠的优点。

Description

一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统及预警方法

技术领域

本发明涉及一种高压并联电力电容器谐振预警的系统及预警方法，特别涉及针对电容器支路测点的电容器谐振预警系统及预警方法。 

背景技术

高压并联电力电容器是电力系统中最常见的无功补偿设备，电容器谐振是电容器设备损坏的最主要因素之一。电容器谐振具有瞬时性、破坏性的特点。瞬时性是指电容器谐振通常只会持续几秒钟，不会持续太长时间，采用人工的方式通常很难直接观察到这一现象并做出判断；电容器谐振的破坏性是指，当满足谐振点条件时，就会发生电容器谐振行为，直到电容器被损坏，谐振条件不再满足为止。 

目前对谐振的分析与评估通常采用的是离线分析的方法，即通过仿真分析或理论计算来判断是否存在谐振风险或是电容器谐振的事故分析，而对在线谐振预警的研究涉及甚少。离线分析方法适用于电容器谐振事故后的推断，并不能达到电容器谐振在线监测及预警的目的，由此，本发明提出了一种利用并联电容器支路的电流互感器所采集的电流数据和设备台帐数据进行在线谐振预警的装置及方法。 

发明内容

本发明是为实现电容器谐振在线监测及预警的目的，提供一种基于高压并联电容器组在线运行数据及设备运行台帐数据，在线评估电容器的运行风险及谐振预警的监测系统及方法。 

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。 

一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统，本发明特征在于,由谐波监测模块、数据存储模块、谐振分析启动模块、谐振点计算模块和谐振预警模块依序连接组成预警系统；其中: 

谐波监测模块用于连续采集所有电容器支路电流互感器的谐波电流数据；数据存储模块用以实现电能质量数据采集单元及设备台帐数据的存储；谐振分析启动模块用于通过谐波幅值启动谐振点计算模块；谐振点计算模块用于评估电容器组的谐振点；谐振预警模块通过综合谐波放大倍数和谐波阻抗的扫描结果评估谐振预警等级。 

一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统的预警方法，本发明的谐波幅值启动条件是： 

谐振分析启动模块判断各次谐波电流的含有率是否大于10％； 

本发明谐振点计算模块的谐波阻抗计算方法由以下步骤实现： 

步骤A、计算单个电容器回路的n次谐波阻抗，其公式如下： 

X_Cn＝j(nX_L-X_Cn)， 

式中，X_L为电抗器的基波阻抗，X_C为电容器的基波阻抗； 

步骤B、将所有投入运行的电容器组谐波阻抗做并联等效计算，可以得到多组电容器组总的谐波阻抗Z_Cn； 

步骤C、计算系统的n次谐波阻抗，首先由公式X_s＝U_N ²S_N计算得到系统的基波短路阻抗，式中，S_N为短路容量，U_N为额定电压；然后由公式Z_sn＝jnX_S计算得到系统n次谐波阻抗； 

步骤D、扫描系统与电容器组的并联谐振点，以0.05Hz为步长对并联阻抗进行扫描，并联阻抗根据Z_sn与Z_cn的并联关系得到，当计算得到对应某个频率的阻抗值均大于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为并联谐振点； 

步骤E、扫描电容器组内的串联谐振点，以0.05Hz为步长对电容器组的串联谐波阻抗X_Cn进行扫描，当计算得到对应某个频率的阻抗值均小于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为串联谐振点。 

谐振预警模块需综合分析谐波放大情况及谐波阻抗扫描结果，给出谐振预警结果，步骤如下； 

步骤A、谐振点评估，判断某个谐振点落在离该谐振点最近的整数次谐波的情况，共分三个等级，在±5Hz以内谐振点评估结果result1为3，在±5Hz～±7.5Hz以内谐振点评估结果result1为2；在±7.5Hz～±10Hz以内谐振点评估结果result1为1； 

步骤B、谐波放大评估，判断某次谐波的放大情况，共分三个等级，谐波电流含有率在10％～15％之间，评估结果result2为1，谐波电流含有率在15％～20％之间评估结果result2为2，谐波电流含有率在20％以上评估结果result2为3； 

步骤C、谐振预警评估，将result1与result2相加得到result，如果result值低于4，不发出谐振预警；如果result值等于4，则给出“低”级别预警信号；如果result值等于5，则给出“中”级别预警信号；如果result值等于6，则给出“高”级别预警信号。 

本发明的有益效果是，只需采集电容器支路电流互感器的电流信号，再加上设备台帐数据，即可完成对高压并联电容器组的谐振预警，所需采集的数据量小，算法简便，便于实施，预警结果的可靠性高。 

附图说明

图1是本发明的系统框架图； 

图2是本发明的实施步骤示意图； 

图3是谐振点类型判别示意图。 

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。 

具体实施方式

如图1所示为本发明的系统框架图。一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统，本发明由谐波监测模块、数据存储模块、谐振分析启动模块、谐振点计算模块和谐振预警模块依序连接组成预警系统；其中： 

谐波监测模块用于连续采集所有电容器支路的电流互感器的谐波电流数据；数据存储模块用以实现电能质量数据采集模块及设备台帐数据的存储；谐振分析启动模块用于通过谐波幅值启动谐振点计算模块；谐振点计算模块用于评估电容器组的谐振点；谐振预警模块通过综合谐波放大倍数和谐波阻抗的扫描结果评估谐振预警等级。 

一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统的预警方法，本发明根据谐波幅值启动谐振分析启动模块，条件是： 

谐振分析启动模块判断各次谐波电流的含有率是否大于10％。 

谐振点计算模块的谐波阻抗计算方法由以下步骤实现： 

步骤A、计算单个电容器回路的n次谐波阻抗，其公式如下： 

X_Cn＝j(nX_L-X_Cn)， 

式中，X_L为电抗器的基波阻抗，X_C为电容器的基波阻抗； 

步骤B、将所有投入运行的电容器组谐波阻抗做并联等效计算，可以得到多组电容器组总的谐波阻抗Z_Cn； 

步骤C、计算系统的n次谐波阻抗，首先由公式X_s＝U_N ²S_N计算得到系统的基波短路阻抗，式中，S_N为短路容量，U_N为额定电压；然后由公式Z_sn＝jnX_S计算得到系统n次谐波阻抗； 

步骤D、扫描系统与电容器组的并联谐振点，以0.05Hz为步长对并联阻抗进行扫描，并联阻抗根据Z_sn与Z_cn的并联关系得到，当计算得到对应某个频率的阻抗值均大于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为并联谐振点； 

步骤E、扫描电容器组内的串联谐振点，以0.05Hz为步长对电容器组的串联谐波阻抗X_Cn 进行扫描，当计算得到对应某个频率的阻抗值均小于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为串联谐振点。 

谐振预警模块需综合分析谐波放大情况及谐波阻抗扫描结果，给出谐振预警结果，步骤如下； 

步骤A、谐振点评估，判断某个谐振点落在离该谐振点最近的整数次谐波的情况，共分三个等级，在±5Hz以内谐振点评估结果result1为3，在±5Hz～±7.5Hz以内谐振点评估结果result1为2；在±7.5Hz～±10Hz以内谐振点评估结果result1为1； 

步骤B、谐波放大评估，判断某次谐波的放大情况，共分三个等级，谐波电流含有率在10％～15％之间，评估结果result2为1，谐波电流含有率在15％～20％之间评估结果result2为2，谐波电流含有率在20％以上评估结果result2为3； 

步骤C、谐振预警评估，将result1与result2相加得到result，如果result值低于4，不发出谐振预警；如果result值为4，则给出“低”级别预警信号；如果result值为5，则给出“中”级别预警信号；如果result值为6，则给出“高”级别预警信号。 

如图2所示为本发明的具体计算步骤： 

步骤1：采集CT1～CT3的瞬时值，采样率不低于64点/周波，并将数据传送至谐振分析启动模块； 

步骤2：判断各次谐波电流或谐波电压含有率是否存在越限的情况，判断各次谐波电流的含有率是否大于10％； 

步骤3：计算单个电容器回路的n次谐波阻抗，其公式如下： 

X_Cn＝j(nX_L-X_Cn)， 

式中，X_L为电抗器的基波阻抗，X_C为电容器的基波阻抗； 

步骤4：将所有投入运行的电容器组谐波阻抗做并联等效计算，可以得到多组电容器组总的谐波阻抗Z_Cn，如果只有一组投运则Z_Cn＝X_Cn； 

步骤5：计算系统的n次谐波阻抗，首先由公式X_s＝U_N ²S_N计算得到系统的基波短路阻抗，式中，S_N为短路容量，U_N为额定电压；然后由公式Z_sn＝jnX_S计算得到系统n次谐波阻抗； 

步骤6：扫描系统与电容器组的并联谐振点，以0.05Hz为步长对并联阻抗进行扫描，并联阻抗根据Z_sn与Z_cn的并联关系得到，当计算得到对应某个频率的阻抗值均大于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为并联谐振点；如图3所示； 

步骤7：扫描电容器组串联谐振点，以0.05Hz为步长对电容器组的串联谐波阻抗X_Cn进行扫描，当计算得到对应某个频率的阻抗值均小于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为串联谐振点；如图3所示； 

步骤8：谐振点评估，判断某个谐振点落在离该谐振点最近的整数次谐波的情况，共分三个等级，在±5Hz以内谐振点评估结果result1为3，在±5Hz～±7.5Hz以内谐振点评估结果result1为2；在±7.5Hz～±10Hz以内谐振点评估结果result1为1； 

步骤9：谐波放大评估，判断某次谐波的放大情况，共分三个等级，谐波电流含有率在10％～15％之间，评估结果result2为1，谐波电流含有率在15％～20％之间评估结果result2为2，谐波电流含有率在20％以上评估结果result2为3； 

步骤10：谐振预警评估，将result1与result2相加得到result，即，result＝result1+result2；如果result值为4，则给出“低”级别预警信号；如果result值为5，则给出“中”级别预警信号；如果result值为6，则给出“高”级别预警信号；如果result值低于4，不发出任何谐振预警信号。 

Claims (4)

1.一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统，其特征在于,由谐波监测模块、数据存储模块、谐振分析启动模块、谐振点计算模块和谐振预警模块依序连接组成；其中: 

谐波监测模块用于连续采集所有电容器支路的谐波电流数据；数据存储模块用以实现电能质量数据采集模块及设备台帐数据的存储；谐振分析启动模块用于通过谐波幅值启动谐振点计算模块；谐振点计算模块用于评估电容器组的谐振点；谐振预警模块通过综合谐波放大倍数和谐波阻抗的扫描结果评估谐振预警等级。 

2.采用权利要求1所述的一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统的预警方法，其特征在于，谐振分析启动模块判断所采集的各次谐波电流的含有率是否大于10％。 

3.采用权利要求1所述的一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统的预警方法，其特征在于，谐振点计算模块的谐波阻抗计算方法由以下步骤实现： 

步骤A、计算单个电容器回路的n次谐波阻抗，其公式如下： 

X_Cn＝j(nX_L-X_Cn)， 

式中，X_L为电抗器的基波阻抗，X_C为电容器的基波阻抗； 

步骤B、将所有投入运行的电容器组谐波阻抗做并联等效计算，可以得到多组电容器组总的谐波阻抗Z_Cn； 

步骤C、计算系统的n次谐波阻抗，首先由公式X_s＝U_N ²S_N计算得到系统的基波短路阻抗，式中，S_N为短路容量，U_N为额定电压；然后由公式Z_sn＝jnX_S计算得到系统n次谐波阻抗； 

步骤D、扫描系统与电容器组的并联谐振点，以0.05Hz为步长对并联阻抗进行扫描，并联阻抗根据Z_sn与Z_cn的并联关系得到，当计算得到对应某个频率的阻抗值均大于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为并联谐振点； 

步骤E、扫描电容器组内的串联谐振点，以0.05Hz为步长对电容器组的串联谐波阻抗X_Cn进行扫描，当计算得到对应某个频率的阻抗值均小于该频率点前后两个频率点对应的阻抗值时，该点为串联谐振点。 

4.采用权利要求1所述的一种基于电容器支路监测点的电容器谐振预警系统的预警方法，其特征在于，谐振预警模块需综合分析谐波放大情况及谐波阻抗扫描结果，给出谐振预警结果，步骤如下： 

步骤A、谐振点评估，判断某个谐振点落在离该谐振点最近的整数次谐波的情况，共分 三个等级，在±5Hz以内谐振点评估结果result1为3，在±5Hz～±7.5Hz以内谐振点评估结果result1为2；在±7.5Hz～±10Hz以内谐振点评估结果result1为1； 

步骤B、谐波放大评估，判断某次谐波的放大情况，共分三个等级，谐波电流含有率在10％～15％之间，:评估结果result2为1，谐波电流含有率在15％～20％之间评估结果result2为2，谐波电流含有率在20％以上评估结果result2为3； 

步骤C、谐振预警评估，将result1与result2相加得到result，如果result值低于4，不发出谐振预警；如果result值为4，则给出“低”级别预警信号；如果result值为5，则给出“中”级别预警信号；如果result值为6，则给出“高”级别预警信号。