CN104659778A - 考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,包括以下步骤:1)采集变流变压器的电压、电流及噪声信号;2)根据所采集的信号计算指标值;3)根据指标值与标准值计算评估值;4)划分评估优先级,评估变流变压器运行状态。本发明通过对评估值划分优先级对变流变压器进行评估,可以快速对变流变压器的运行状态做出判断,同时,通过电能质量与噪声评估值体现变流变压器的电能质量与噪声的内在联系,可以实现对变流变压器运行状态在线进行电能质量与噪声的综合评估,为判断变流变压器可能存在的问题提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域,具体涉及一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法。
背景技术
变流变压器包含高压直流输电用换流变压器、工业用变流变压器及牵引用变流变压器。目前变流变压器面临的主要问题是电能质量差与噪声大,主要是由于其承担了交直流的电能变换任务,且主要是用在大功率变换的场所,在电能变换过程中负载将产生大量的谐波,其窜入变压器中将引起变压器发热及振动、噪声加剧;同时,由于交直流电能变换,变压器极易发生直流偏磁,从而使得变压器励磁电流出现偶次分量,加剧变压器的振动与噪声。针对变流变压器存在的问题,当前仅开展了电网电能质量的评估方法研究,没有开展变流变压器的电能质量与噪声内在联系及综合评估方法等方面的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:针对当前变流变压器存在的电能质量差与噪声大的问题,提供一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,给出电能质量与噪声的对应关系,以此评判变流变压器的运行状态,并提供可行的应对措施。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,步骤包括:
1)在预设采样周期S内连续采集变流变压器的电压信号、电流信号和噪声信号;
2)根据所述电压信号与电流信号计算出谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值,所述谐波电流指标值是指对电流信号进行谐波分解得到的谐波电流信号幅值,根据所述噪声信号计算出噪声指标值;
3)将所述谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值、噪声指标值与指定标准数据的相应标准值相除计算出谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu、电压偏差评估值Eδu与噪声评估值EZ;将所述谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu与电压偏差评估值Eδu中所有大于1的值的和与大于1的项数相减计算出电能质量评估值Ed;将所述电能质量评估值Ed与所述噪声评估值EZ相加计算出电能质量与噪声综合评估值E;
4)将所述谐波电流评估值En、噪声评估值EZ、电能质量和噪声综合评估值E划分优先级,按所述优先级的顺序根据预设评估标准评估所述变流变压器的运行状态。
进一步地,所述步骤1)中,所述电压信号是指变流变压器交流侧二次侧电压信号通过变比转换成的一次侧电压信号,所述电流信号是指变流变压器交流侧二次侧电流信号通过变比转换成的一次侧电流信号,所述噪声信号指变流变压器可听噪声信号。
进一步地,所述步骤2)的详细步骤包括:
2.1)将所述电压信号分解为包括相位和幅值的0-25次谐波电压信号,将所述电流信号分解为包括相位和幅值的0-25次谐波电流信号;
2.2)根据所述电压信号、电流信号、0-25次谐波电压信号和0-25次谐波电流信号计算出谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值;
2.3)根据所述噪声信号计算出噪声指标值。
进一步地,所述步骤3)中,所述指定标准数据的相应标准值是指电能质量国家标准或电能质量国际标准中记载的电压总谐波畸变率标准值、三相电压不平衡度标准值、电压偏差标准值和噪声标准值,以及根据电能质量国家标准或电能质量国际标准换算得到的谐波电流标准值。所述电能质量国家标准包括:GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》、GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》、GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》、GB/T22075-2008《高压直流换流站可听噪声》等国家标准文件。
进一步地,所述步骤3)中,所述谐波电流评估值En包括2次谐波电流评估值E2、5次谐波电流评估值E5、7次谐波电流评估值E7、11次谐波电流评估值E11、13次谐波电流评估值E13,谐波电流评估值En中下标n表示谐波电流的次数。
进一步地,所述步骤4)的详细步骤包括:
4.1)将噪声评估值EZ作为第一优先级对变流变压器进行评估,当噪声评估值EZ大于等于阈值1时,则判定变流变压器噪声超标,转到4.2),当噪声评估值EZ小于阈值1时,则判定变流变压器噪声未超标,转到4.2);
4.2)将2次谐波电流评估值E2作为第二优先级对变压器进行评估,当变流变压器噪声超标,且2次谐波电流评估值E2大于等于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声超标,且2次谐波电流评估值E2小于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声未超标,且2次谐波电流评估值E2大于等于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声未超标,且2次谐波电流评估值E2小阈值1时,则转到4.3);
4.3)将电能质量与噪声综合评估值E作为第三评估优先级对变压器进行评估,当电能质量与噪声综合评估值E小于阈值4/3时,则判定变流变压器运行状态优;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值4/3且小于阈值2时,则判定变流变压器运行状态良;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值2且小于阈值3时,则判定变流变压器运行状态较差;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值3时,则判定变流变压器运行状态差。
作为以上所有技术方案的进一步优选,所述步骤1)中采集信号的采样周期S为3~30秒,采样次数为N次,N的优选取值范围为20~100次,所述电压信号、电流信号与噪声信号同步采集。
作为上述技术方案的进一步优选,所述步骤2)中,根据对N个采样周期采集的信号分别计算出N个谐波电流值、电压总谐波畸变率值、三相电压不平衡度值、电压偏差值和噪声值,取其95%概率值为对应谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值和噪声指标值。计算95%概率统计值的方法包括:将计算得到的N个值按大小排序,剔除5%的最大值后剩余数值中的最大值为95%概率统计值。
本发明还提供一种变流变压器的电能质量与噪声评估超标的应对措施。根据谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu、电压偏差评估值Eδu与噪声评估值EZ是否大于1,判定对应评估指标是否超标。当噪声超标时,如电能质量指标超标,应重点排查对应电能质量问题,如电能质量指标不超标,应重点排查变压器铁心、绕组及冷却系统的设备问题;当噪声不超标时,如谐波电流超标,应重点排查滤波器投切问题,如电压总谐波畸变率超标,应重点排查滤波器投切问题或系统背景谐波,如电压偏差超标,应重点排查无功补偿投入问题,如三相电压不平衡度超标,应重点排查控制方式问题。
本发明用于变流变压器的电能质量与噪声综合评估具有下述技术效果:本发明提供了一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估的方法,通过对评估值划分优先级,可以快速对变流变压器的运行状态做出判断,同时,通过电能质量与噪声评估值体现变流变压器的电能质量与噪声的内在联系,可以实现对变流变压器运行状态在线进行电能质量与噪声的综合评估,为判断变流变压器可能存在的问题提供参考。
附图说明
图1为本发明实施例的基本方法流程示意图。
图2为本发明实施例的评估标准划分示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示,本实施例一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法的步骤包括:
1)采集信号:在预设采样周期S内连续采集变流变压器的电压信号、电流信号以及噪声信号;
2)计算指标值:根据电压信号与电流信号计算出谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值,谐波电流指标值是指对电流信号进行谐波分解得到的谐波电流信号幅值,根据噪声信号计算出噪声指标值;
3)计算评估值:将谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值、噪声指标值与指定标准数据的相应标准值相除计算出谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu、电压偏差评估值Eδu与噪声评估值EZ;将谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu与电压偏差评估值Eδu中所有大于1的值的和与大于1的项数相减计算出电能质量评估值Ed;将电能质量评估值Ed与噪声评估值EZ相加计算出电能质量与噪声综合评估值E;
4)划分评估优先级,评估变流变压器的运行状态:将谐波电流评估值En、电能质量评估值Ed、噪声评估值EZ、电能质量和噪声综合评估值E划分优先级,根据预设的评估标准,评估变流变压器的运行状态。
本实施例中,步骤1)采集信号的步骤包括:通过电能质量采集单元采集变流变压器交流侧测控屏的交流母线TV、TA采集三相电压二次侧信号和电流二次侧信号,并通过变比转换为一次侧信号,噪声采集单元采集变流变压器外壳上的噪声信号,电能质量采集单元与噪声采集单元通过时间触发同步在线采集,并通过光纤将信号送入监控后台进行后续的分析与计算,信号采样周期为10秒,采样次数为60次。需要说明的是,信号采样周期和采样次数也可以是其它值,优选信号采样周期为3~30秒,优选采样次数为20~100次。
本实施例中,步骤2)计算指标值的方法包括:将每个采样周期内连续采集的电压信号傅里叶分解为包括相位和幅值的0-25次谐波电压信号、将电流信号傅里叶分解为包括相位和幅值的0-25次谐波电流信号,根据采集的电压信号、电流信号以及分解得到的0-25次谐波电压信号和0-25次谐波电流信号计算出每个采样周期内的谐波电流值、电压总谐波畸变率值、三相电压不平衡度值、电压偏差值,谐波电流值是指将电流信号进行傅里叶分解得到的谐波电流幅值,根据采集的噪声信号计算采样周期内的可听噪声值。然后计算60次采样得到的60个谐波电流值、电压总谐波畸变率值、三相电压不平衡度值、电压偏差值和噪声值的95%概率统计值作为对应谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值和噪声指标值,95%概率统计值的计算方法包括,将计算得到的60个值按大小排序,剔除5%的最大值后剩余数值中的最大值为95%概率统计值。需要说明的是,对电压信号、电流信号进行谐波分解也可以采用如Pisarenko等谐波分解方法,指标值的计算方法也可是选择数据项的平均值或其它概率值为对应数据项的指标值。
本实施例中,步骤3)计算评估值的方法包括:将谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值和噪声指标值分别与电能质量国家标准中的标准值相除得到对应的谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu、电压偏差评估值Eδu和噪声评估值EZ。计算谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu、电压偏差评估值Eδu中大于1的值的和,并减去大于1的项数,结果即为电能质量评估值Ed。本实施例中,谐波电流评估值En包括:2次谐波电流评估值E2、5次谐波电流评估值E5、7次谐波电流评估值E7、11次谐波电流评估值E11、13次谐波电流评估值E13。谐波电流评估值En中下标n表示谐波电流的次数。
电能质量国家标准包括:GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》、GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》、GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》、GB/T22075-2008《高压直流换流站可听噪声》等国家标准文件。
变流变压器出口母线电压总谐波畸变率国家标准限值按照GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》规定,如表1所示,220kV及以上电压等级参照110kV执行。
表1 公用电网谐波电压限值
变流变压器出口母线三相电压不平衡度国家标准限值按照GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定,即三相电压不平衡度国家标准限值为2%。
变流变压器出口母线电压偏差国家标准限值按照GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》规定:
1)35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10%。注:如电压上下偏差同号(均为正或负)时,按较大的偏差绝对值作为衡量依据;
2)20kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的±7%;
3)220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7%、-10%。
变流变压器本体的噪声国家标准限值按照GB/T 22075-2008《高压直流换流站可听噪声》规定,额定负载下可听噪声不超过125dB,无负载下可听噪声不超过110dB。
变流变压器出口母线各次谐波电流允许国家标准限值根据系统实际的最小短路容量按照公式(1)换算:
Ih=(Sk1/Sk2)Ihp (1)
式中:Sk1——公共连接点的最小短路容量,MVA;
Sk2——基准短路容量,MVA;
Ihp——基准短路容量对应第h次谐波电流允许值,A;
Ih——短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值,A。
基准短路容量、基准短路容量对应第h次谐波电流允许值参照国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》,公共连接点的最小短路容量需要根据实际接入电网最小运行方式下计算获得。
本实施例中,步骤4)划分评估优先级,评估变流变压器的运行状态的具体步骤包括:
步骤1),将噪声评估值EZ作为第一评估优先级,当噪声评估值EZ大于等于阈值1时,则判定变流变压器噪声超标,转到步骤2),当噪声评估值EZ小于阈值1时,则判定变流变压器噪声未超标,转到步骤2);
步骤2),将2次谐波电流评估值E2作为第二优先级,当变流变压器噪声超标,且2次谐波电流评估值E2大于等于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声超标,且2次谐波电流评估值E2小于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声未超标,且2次谐波电流评估值E2大于等于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声未超标,且2次谐波电流评估值E2小阈值1时,则转到步骤3);
步骤3),将电能质量和噪声综合评估值E为第三评估优先级,评估标准如图2所示,当电能质量与噪声综合评估值E小于阈值4/3时,则判定变流变压器运行状态优;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值4/3且小于阈值2时,则判定变流变压器运行状态良;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值2且小于阈值3时,则判定变流变压器运行状态较差;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值3时,则判定变流变压器运行状态差。
需要说明的是,也可以只单独将电能质量评估值Ed作为评估指标对变流变压器运行状态进行评估,如图2所示,对应的评估标准为:当电能质量评估值Ed大于等于阈值2时,则变流变压器运行状态差;当电能质量评估值Ed大于等于阈值1且小于阈值2时,则变流变压器运行状态较差;当电能质量评估值Ed大于等于阈值2/3且小于阈值1时,则变流变压器运行状态良;当电能质量评估值Ed小于阈值2/3时,则变流变压器运行状态优;
或者,单独将噪声评估值EZ作为评估指标对变流变压器运行状态进行评估,如图2所示,对应评估标准为:当噪声评估值EZ大于等于阈值1时,则变流变压器运行状态差;当噪声评估值EZ大于等于阈值2/3且小于阈值1时,则变流变压器运行状态良;当噪声评估值EZ小于阈值2/3时,则变流变压器运行状态优;
但是,只以某一个评估指标对变流变压器进行评估,由于评估指标的限制,经实践经验表明,其评估的结果往往不是很理想,与实际变流变压器的运行状态不相符合,因此,需要对变流变压器进行综合的状态评估,以更理想的反映变流变压器的运行状态。
上述只是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例批露如上,然而并非用以限定本发明。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于包括以下步骤:
1)在预设采样周期S内连续采集变流变压器的电压信号、电流信号和噪声信号;
2)根据所述电压信号与电流信号计算出谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值,所述谐波电流指标值是指对电流信号进行谐波分解得到的谐波电流信号幅值,根据所述噪声信号计算出噪声指标值;
3)将所述谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值、噪声指标值与指定标准数据的相应标准值相除计算出谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu、电压偏差评估值Eδu与噪声评估值EZ;将所述谐波电流评估值En、电压总谐波畸变率评估值ETHDu、三相电压不平衡度评估值Eεu与电压偏差评估值Eδu中所有大于1的值的和与大于1的项数相减计算出电能质量评估值Ed;将所述电能质量评估值Ed与所述噪声评估值EZ相加计算出电能质量与噪声综合评估值E;
4)将所述谐波电流评估值En、噪声评估值EZ、电能质量和噪声综合评估值E划分优先级,按所述优先级的顺序根据预设评估标准评估所述变流变压器的运行状态。
2.根据权利要求1所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于,所述步骤1)中电压信号是指变流变压器交流侧二次侧电压信号通过变比转换成的一次侧电压信号,所述电流信号是指变流变压器交流侧二次侧电流信号通过变比转换成的一次侧电流信号,所述噪声信号指变流变压器可听噪声信号。
3.根据权利要求2所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于:所述步骤2)的详细步骤包括:
2.1)将所述电压信号分解为包括相位和幅值的0-25次谐波电压信号,将所述电流信号分解为包括相位和幅值的0-25次谐波电流信号;
2.2)根据所述电压信号、电流信号、0-25次谐波电压信号和0-25次谐波电流信号计算出谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值;
2.3)根据所述噪声信号计算出噪声指标值。
4.根据权利要求3所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于:所述步骤3)中指定标准数据的相应标准值是指电能质量国家标准或电能质量国际标准中记载的电压总谐波畸变率标准值、三相电压不平衡度标准值、电压偏差标准值和噪声标准值,以及根据电能质量国家标准或电能质量国际标准换算得到的谐波电流标准值。
5.根据权利要求4所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于:所述步骤3)中谐波电流评估值En包括2次谐波电流评估值E2、5次谐波电流评估值E5、7次谐波电流评估值E7、11次谐波电流评估值E11、13次谐波电流评估值E13。
6.根据权利要求1~5任一项所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于,所述步骤4)的详细步骤包括:
4.1)将噪声评估值EZ作为第一优先级对变流变压器进行评估,当噪声评估值EZ大于等于阈值1时,则判定变流变压器噪声超标,转到4.2),当噪声评估值EZ小于阈值1时,则判定变流变压器噪声未超标,转到4.2);
4.2)将2次谐波电流评估值E2作为第二优先级对变压器进行评估,当变流变压器噪声超标,且2次谐波电流评估值E2大于等于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声超标,且2次谐波电流评估值E2小于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声未超标,且2次谐波电流评估值E2大于等于阈值1时,则判定变流变压器运行状态差;当变流变压器噪声未超标,且2次谐波电流评估值E2小阈值1时,则转到4.3);
4.3)将电能质量与噪声综合评估值E作为第三评估优先级对变压器进行评估,当电能质量与噪声综合评估值E小于阈值4/3时,则判定变流变压器运行状态优;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值4/3且小于阈值2时,则判定变流变压器运行状态良;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值2且小于阈值3时,则判定变流变压器运行状态较差;当电能质量与噪声综合评估值E大于等于阈值3时,则判定变流变压器运行状态差。
7.根据权利要求1~5任一项所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于:所述步骤1)中采样周期S为3~30秒,所述电压信号、电流信号和噪声信号同步采集。
8.根据权利要求7所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于:所述步骤1)中采集信号的采样次数为N次,所述N的取值范围为20~100。
9.根据权利要求8所述的考虑优先级的变流变压器电能质量与噪声综合评估方法,其特征在于:所述步骤2)中的谐波电流指标值、电压总谐波畸变率指标值、三相电压不平衡度指标值、电压偏差指标值、噪声指标值是指对N次采样分别计算得到的N个谐波电流值、电压总谐波畸变率值、三相电压不平衡度值、电压偏差值、噪声值的95%概率值。
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