CN105137184B

CN105137184B - 一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法

Info

Publication number: CN105137184B
Application number: CN201510603356.9A
Authority: CN
Inventors: 薛峰; 谢伟伦; 李海涛; 谢培成; 黄志威; 李世亨; 王朝明; 马春生; 孙志伟; 费婷婷
Original assignee: Nanjing Softcore Science & Technology Co ltd; Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: CN105137184A

Abstract

一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法：S1采集馈线基波电压、基波无功、谐波电压和谐波电流；S2计算谐波阻抗；S3计算谐波电压责任T；S4谐波电压责任计算值与告警阀值相比较；S5异常告警。本发明有机并合理地将馈线保护功能和谐波监测两者结合在一起，既能利用两者先前的功能，又节省了维护人员的维护工作量，同时还节约了成本，从而提高了电网系统的工作效率与经济效益，便于专业人员开展针对性治理，提高电网运行的安全稳定。

Description

一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法。

背景技术

馈线，指与任意配网节点相连接的支路，可以是馈入支路，也可以是馈出支路。馈线需要保护，现有技术中也有成熟的馈线保护装置和方法。

谐波监测指的是定期或不定期对所关注的疑似谐波源进行测试。现有的谐波监测法按照原理可分为：(1)模拟滤波器；(2)基于fryze传统工艺定义的谐波监测法；(3)基于傅里叶变换的谐波监测法；(4)基于瞬时无功功率理论的谐波监测法；(5)基于神经网络的谐波监测法；(6)基于ANN原理的谐波监测法；(7)基于小波分析的谐波监测法。

目前，国内外对于馈线的保护和谐波监测方法基本仍处于分开阶段，鲜见有将两者结合的文献报告。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法，基于原有装置的馈线保护功能，引入对谐波源的监测功能，采集馈线基波电压，基波无功，谐波电压，谐波电流，通过计算，能够对谐波源接入点及扰动传播影响点的谐波异常给出合理告警，并能够划分出谐波源的责任；有机并合理的将两者结合在一起，既能利用两者先前的功能，又节省了维护人员的维护工作量，同时还节约了成本，从而提高了工作效率与经济效益，便于专业人员开展针对性治理，提高电网运行的安全稳定。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法，其特征是包括以下步骤：

S1采集馈线基波电压、基波无功、谐波电压和谐波电流；

S2计算谐波阻抗；

S3计算谐波电压责任T；

S4谐波电压责任计算值与告警阀值相比较；

S5异常告警。

所述的步骤S2具体包括以下子步骤：

2-1)计算系统侧基波阻抗，公式为：

式中，U_PCC-，Q_PCC-分别为前一次(最少计算两次)计算系统侧基波阻抗时的电压和无功功率；U_PCC+，Q_PCC+分别为本次计算系统侧基波阻抗时的电压和无功功率；

2-2)计算系统侧谐波阻抗，公式为：

Z_S≈X_h＝hX；

式中，Zs表示系统侧谐波阻抗，X_h表示h次谐波的谐波阻抗；X表示系统侧基波电抗，h表示谐波次数；

即：系统侧谐波阻抗表示为系统侧基波电抗与谐波次数的乘积。

所述的步骤S3具体为：

考虑到系统中Z_C≈Z_S，Zc表示用户侧谐波阻抗，因此用户侧的谐波发射水平表示为：

U_C-PCC＝Z_S·I_PCC

系统侧责任＝1-用户侧责任；

式中，Uc-pcc表示用户侧的谐波发射水平(用电压来表征)，Zs表示系统侧阻抗，Ipcc表示基波阻抗电流，Upcc表示基波阻抗电压。

所述的步骤S4具体为：

4-1)根据GB/T 14549-93附录B确定10kV母线的各次注入谐波电流的总允许值

利用电源进线的短路容量确定，当电源进线的最小短路容量不同于基准短路容量时，按以下公式进行换算：

；

式中：S_k1—实际电源进线的最小短路容量，MVA；

S_k2—基准短路容量，MVA；

I_hp—国标中的第h次谐波电流允许值，A；

I_h—短路容量为S_k1时的第h次谐波电流允许值，A。

4-2)根据GB/T 14549-93附录C3确定所监测馈线的各次注入谐波电流的允许值；

馈线i的第h次谐波电流允许值I_hi按下式计算：

I_hi＝I_h(S_i/S_t)^1/a；

式中：I_h－按国标附录B换算的第h次谐波电流允许值，A；

S_i－第i个馈线用户的用电协议容量，MVA；

S_t－公共连接点的供电设备容量，MVA；

a－相位叠加系数，按表1取值；

4-3)设置两个告警阀值

阀值一：

式中：S_i－馈线用户的用电协议容量，MVA；数值由用户按照实际情况提供；

S_t－公共连接点的供电设备容量，MVA；数值由用户按照实际情况提供；

a－相位叠加系数，按表1取值；

表1

h	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
													a	2	1.1	2	1.2	2	1.8	2	2	2	1.8	2	1.9
h	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
													a	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2

阀值二：T₂＝kT₁

式中，k为国标谐波电压含有率与按允许注入电流计算的谐波电压含有率的比值，以10kV系统为例，k按表2取值；

表2

表三

所述的步骤S5具体为：

若：每100个责任中，超过95个T小于或等于T1，则为正常，无需报警；

若：每100个责任中，超过95个T小于或等于1.2T1，则一般告警；

若：每100个责任中，超过95个T小于或等于1.2T2，则严重告警，否则谐波保护跳闸。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)有利于量化谐波污染水平，根据本发明所提供的谐波责任分析方法，可有效确定某一节点谐波来源方向，并进一步量化分析出各谐波源引起该点谐波异常的责任百分比，从而判别是电网侧还是用户侧的责任，便于采取相应的“奖惩机制”开展针对性治理，提高电网的电能质量水平。

(2)有利于提高区域电网运行的安全可靠性，根据扰动传播异常告警给出的信息，可对一段时间区域电网的谐波源注入点以及扰动传播影响节点的谐波异常做出及时可靠的告警；对于供用电双方，可以适时采取合理的抑制措施，避免谐波扰动进一步恶化，提高电网运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明的流程框图；

图2为谐波计算的等效电路图；

图3为异常告警流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法，工作流程如图1所示，具体包括以下步骤：

1)数据采样：通过谐波监测装置，采集馈线基波电压，基波无功，谐波电压，谐波电流；

2)谐波阻抗计算：根据谐波的等效电路(如图2)，计算谐波阻抗，具体方法为：

2-1)系统侧基波阻抗的计算公式为：

式中，U_PCC-，Q_PCC-分别为前一次计算系统侧基波阻抗时的电压和无功功率；U_PCC+，Q_PCC+分别为本次计算系统侧基波阻抗时的电压和无功功率；

推导过程如下：

一般来说，可以忽略系统侧基波阻抗的阻性成分，上式可写成：

2-2)系统侧谐波阻抗的计算公式为：

Z_S≈X_h＝hX；

式中，Zs表示系统侧谐波阻抗，X表示系统侧基波电抗，h表示谐波次数；

也即：对于10kV系统，系统侧谐波阻抗可以表示为基波电抗与谐波次数的乘积。

3)谐波电压责任计算

考虑到系统中Z_C≈Z_S，因此用户侧的谐波发射水平可表示为：

U_C-PCC＝Z_S·I_PCC

系统侧责任＝1-用户侧责任

4)将计算出来的用户侧责任值与责任阀值相比较：

4-1)根据GB/T 14549-93附录B确定10kV母线的各次注入谐波电流的总允许值，

利用电源进线的短路容量确定，当电源进线的最小短路容量不同于基准短路容量时，波电流允许值按以下方法进行换算：

式中：S_k1—实际电源进线的最小短路容量，MVA；

S_k2—基准短路容量，MVA；

I_hp—国标中的第h次谐波电流允许值，A；

I_h—短路容量为S_k1时的第h次谐波电流允许值，A。

馈线i的第h次谐波电流允许值I_hi按下式计算：

I_hi＝I_h(S_i/S_t)^1/a

式中：I_h－按国标附录B换算的第h次谐波电流允许值，A；

S_i－第i个馈线用户的用电协议容量，MVA；

S_t－公共连接点的供电设备容量，MVA；

a－相位叠加系数，按表1取值。

4-3)设置两个告警阀值

阀值一：

a－相位叠加系数，按下表取值。

阀值二：T₂＝kT₁

式中，k为国标谐波电压含有率与按允许注入电流计算的谐波电压含有率的比值。

以10kV系统为例，k按表2和表3对应谐波次数取值。

表2

表3

5)异常告警：

对于装置计算出的谐波责任T，进行如下操作。

若每100个责任中，超过95个T小于或等于T1，则为正常，无需报警；

若每100个责任中，超过95个T小于或等于1.2T1，则一般告警；

若每100个责任中，超过95个T小于或等于1.2T2，则严重告警，否则谐波保护跳闸。

Claims

1.一种基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法，其特征是包括以下步骤：

S1采集馈线基波电压、基波无功、谐波电压和谐波电流；

S2计算谐波阻抗；

S3计算谐波电压责任T；

S4谐波电压责任计算值与告警阀值相比较；

S5异常告警；

所述的步骤S2具体包括以下子步骤：

2-1)计算系统侧基波阻抗，公式为：

式中，U_PCC-，Q_PCC-分别为前一次计算系统侧基波阻抗时的基波电压和无功功率；U_PCC+，Q_PCC+分别为本次计算系统侧基波阻抗时的基波电压和无功功率；

2-2)计算系统侧谐波阻抗，公式为：

Z_S≈X_h＝hX；

式中，Zs表示系统侧谐波阻抗，X_h表示h次谐波的谐波阻抗，X表示系统侧基波阻抗，h表示谐波次数；

即：系统侧谐波阻抗表示为系统侧基波阻抗与谐波次数的乘积；

所述的步骤S3具体为：

U_c-pcc＝Z_S·I_pcc

系统侧责任＝1-用户侧责任；

式中，Uc-pcc表示用户侧的谐波发射水平，Zs表示系统侧阻抗，Ipcc表示谐波电流，Upcc表示谐波电压。

2.根据权利要求1所述的基于馈线保护的10kV母线谐波监测方法，其特征是：所述的步骤S4具体为：

4-1)根据GB/T 14549-93附录B确定10kV母线的各次注入谐波电流的总允许值，利用电源进线的短路容量确定，当电源进线的最小短路容量不同于基准短路容量时，按以下公式进行换算：

式中：S_k1—实际电源进线的最小短路容量，MVA；

S_k2—基准短路容量，MVA；

I_hp—国标中的第h次谐波电流允许值，A；

I_h—短路容量为S_k1时的第h次谐波电流允许值，A；

馈线i的第h次谐波电流允许值I_hi按下式计算：

I_hi＝I_h(S_i/S_t)^1/a；

式中：I_h－按国标附录B换算的第h次谐波电流允许值，A；

S_i－第i个馈线用户的用电协议容量，MVA；

S_t－公共连接点的供电设备容量，MVA；

a－相位叠加系数，按表1取值；

4-3)设置两个告警阀值

阀值一：

a－相位叠加系数，按表1取值；

表1

阀值二：T₂＝kT₁

式中，k为国标谐波电压含有率与按允许注入电流计算的谐波电压含有率的比值，以10kV系统为例，k按表2和表3取值；

表2

表3

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