CN105572455A - 一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，包括以下步骤：步骤10）获取系统电气运行参数；步骤20）计算系统谐波阻抗：利用所述步骤10）获取的系统电气运行参数，计算系统的谐波阻抗；步骤30）采集谐波测试数据，形成谐波测试数据组；步骤40）确定谐波电流向量：基于步骤30）采集的谐波测试数据，计算谐波电流与谐波电压的相角差，确定谐波电流向量；步骤50）测定谐波电压责任：利用步骤20）得到的系统谐波阻抗和步骤40）得到的谐波电流向量，测定用户侧和系统侧的谐波电压责任。该方法能够准确划分出系统侧和用户侧的谐波电压责任，有利于对电网的谐波污染开展针对性治理。

Description

一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法

技术领域

本发明属于电能质量分析与控制技术领域，具体来说，涉及一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法。

背景技术

为有效控制电网中的谐波污染，国家质量技术监督局于1993年颁布了《电能质量：公用电网谐波》对公用电网谐波的允许阈值做出了具体规定，但是只规定阈值并不能科学地解决供用电双方在经济问题上的争论，因此，需要在公共连接点处对系统及各用户分摊的谐波责任进行定量划分。

谐波污染责任定量划分的关键是准确估计谐波阻抗。目前，谐波阻抗估计方法主要包括“干预式”方法和“非干预式”方法。“干预式”方法需要向电网中注入谐波电流或改变系统的拓扑结构来确定谐波阻抗，但这种方法会对系统的运行造成不良的影响，在工程实际中有必要的限制。“非干预式”方法则是利用PCC(对应英文全称：PointofCommonCoupling；中文为：公共连接点)处的量测参数来估计谐波阻抗和背景谐波。该类方法对系统的运行不构成影响，成为目前谐波责任划分研究的一个重要方向。

近年来，波动量法和线性回归法成为常用的“非干预式”方法。对于实际的系统，在用户侧谐波波动占主导的情况下，波动量法计算谐波阻抗是工程上非常简单有效的一种方法。实际上，波动量法及其改进的方法都要求用户侧占主导波动，并且波动要足够大，有些工程情况满足这些条件，但是也有不满足的时候。目前常见的线性回归法有：二元线性回归法、稳健回归法、偏最小二乘回归法等。应用线性回归法准确评估用户分摊的谐波责任的前提是公共连接点上背景谐波基本稳定，若背景谐波波动较大，采用线性回归方法会导致回归的背景谐波和谐波阻抗存在较大误差，进而导致测定的谐波责任不准确。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，该方法能够利用谐波监测数据准确划分出系统侧和用户侧的谐波电压责任，有利于对电网的谐波污染开展针对性治理。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，该方法包括以下步骤：

步骤10)获取系统电气运行参数；

步骤20)计算系统谐波阻抗：利用所述步骤10)获取的系统电气运行参数，计算系统的谐波阻抗；

步骤30)采集谐波测试数据，形成谐波测试数据组；

步骤40)确定谐波电流向量：基于步骤30)采集的谐波测试数据，计算谐波电流与谐波电压的相角差，确定谐波电流向量；

步骤50)测定谐波电压责任：利用步骤20)得到的系统谐波阻抗和步骤40)得到的谐波电流向量，测定用户侧和系统侧的谐波电压责任。

作为优选例，所述的步骤10)中，系统电气运行参数包括系统母线的平均额定电压U_N和系统母线的实际最小短路容量S_k1。

作为优选例，所述的步骤20)中，依据式(1)计算系统的谐波阻抗X_h：

$X_h={\left(h\frac{U_N^2}{S_{k1}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\α}}}$ 式(1)

式中，h为谐波次数，a为叠加系数。

作为优选例，所述的步骤30)具体包括：利用谐波监测装置，采集系统PCC点在测试时间点的谐波电压U_pcc-h、谐波电流I_pcc-h、谐波有功功率P_pcc-h和谐波无功功率Q_pcc-h，集合该测试时间点上测得的各谐波测试数据，形成一谐波测试数据组。

作为优选例，所述的步骤40)具体包括：对步骤30)获取的谐波测试数据组，将谐波电压U_pcc-h作为基准向量，以流向PCC点的谐波功率方向为正方向，依据式(2)计算出谐波电压超前谐波电流的角度θ，谐波电流向量为I_pcc-h∠-θ；

$\mathrm{\θ}=\arccos \left(\frac{P_{pcc-h}}{U_{pcc-h}\·I_{pcc-h}}\right)=\arcsin \left(\frac{Q_{pcc-h}}{U_{pcc-h}\·I_{pcc-h}}\right)$ 式(2)

式中，I_pcc-h为谐波电流，U_pcc-h为谐波电压，P_pcc-h为谐波有功功率，Q_pcc-h为谐波无功功率。

作为优选例，所述的步骤50)具体包括：

501)获得用户侧谐波发射水平向量依据式(3)，将步骤40)得到的谐波电流向量与步骤20)计算的系统谐波阻抗做向量乘积，得到用户侧谐波发射水平向量

式(3)

502)依据式(4)测定用户侧谐波电压责任Tc：

式(4)

式中，U_TC为的模值，θ为谐波电压超前谐波电流的角度，U_pcc-h为谐波

电压；依据式(5)测定为系统侧谐波电压责任T_S：

T_S＝1-T_C式(5)

作为优选例，所述的步骤30)中，利用谐波监测装置，采集系统PCC点在测试时间段内的各测试时间点的谐波电压U_pcc-h、谐波电流I_pcc-h、谐波有功功率P_pcc-h和谐波无功功率Q_pcc-h，对各测试时间点测得的谐波测试数据组，分别进行步骤40)和步骤50)，获得各测试时间点的用户侧谐波电压责任和系统侧谐波电压责任。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：考虑到在对背景谐波不稳定的系统进行谐波责任划分时，传统的方法难以得到准确结果，本发明实施例提出的测定方法，利用谐波功率反推出相角差，从而避免对谐波电压和谐波电流相角数据的直接测量，在背景谐波波动的情况下，能够准确划分出谐波电压责任，更适用于工程实际。本发明实施例能够使得谐波电压责任测定从变压器低压侧扩展到更靠近谐波污染源头的各条馈线，对馈线的谐波污染责任进行量化。这为工程人员准确地寻找谐波源、分析谐波传播和谐波治理提供帮助。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例中谐波电流向量与系统谐波阻抗做向量乘积的向量图；

图3为本发明实施例中谐波电压责任测定向量图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，包括以下步骤：

步骤10)获取系统电气运行参数。系统电气运行参数包括系统母线的平均额定电压U_N和系统母线的实际最小短路容量S_k1。

步骤20)计算系统谐波阻抗：利用所述步骤10)获取的系统电气运行参数，计算系统的谐波阻抗。

在所述的步骤20)中，依据式(1)计算系统的谐波阻抗X_h：

$X_h={\left(h\frac{U_N^2}{S_{k1}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\α}}}$ 式(1)

式中，h为谐波次数，a为叠加系数。作为优选例，h和a取值如表1所示。

表1谐波次数和叠加系数取值

步骤30)采集谐波测试数据，形成谐波测试数据组。

所述的步骤30)具体包括：利用谐波监测装置，采集系统PCC点在测试时间点的谐波电压U_pcc-h、谐波电流I_pcc-h、谐波有功功率P_pcc-h和谐波无功功率Q_pcc-h，集合该测试时间点上测得的各谐波测试数据，形成一谐波测试数据组。谐波测试数据组可以表示如式(6)。式(6)中的(1)表示测试数据的组序号。

I_pcc-h(1),U_pcc-h(1),P_pcc-h(1),Q_pcc-h(1)式(6)

步骤40)确定谐波电流向量：基于步骤30)采集的谐波测试数据，计算谐波电流与谐波电压的相角差，确定谐波电流向量。

所述的步骤40)具体包括：对步骤30)获取的谐波测试数据组，将谐波电压U_pcc-h作为基准向量，以流向PCC点的谐波功率方向为正方向，依据式(2)计算出谐波电压超前谐波电流的角度θ，谐波电流向量为I_pcc-h∠-θ；

$\mathrm{\θ}=arccos\left(\frac{P_{pcc-h}}{U_{pcc-h}\·I_{pcc-h}}\right)=arcsin\left(\frac{Q_{pcc-h}}{U_{pcc-h}\·I_{pcc-h}}\right)$ 式(2)

式中，I_pcc-h为谐波电流，U_pcc-h为谐波电压，P_pcc-h为谐波有功功率，Q_pcc-h为谐波无功功率。

步骤50)测定谐波电压责任：利用步骤20)得到的系统谐波阻抗和步骤40)得到的谐波电流向量，测定用户侧和系统侧的谐波电压责任。

所述的步骤50)具体包括：

501)获得用户侧谐波发射水平向量如图2所示，图中横坐标为实数轴，纵坐标为虚数轴，I_pcc-h为谐波电流，U_pcc-h为谐波电压，θ为计算出的谐波电压超前谐波电流的角度，U_TC为用户侧谐波发射水平，U_TS为系统侧谐波发射水平。依据式(3)，将步骤40)得到的谐波电流向量与步骤20)计算的系统谐波阻抗做向量乘积，得到用户侧谐波发射水平向量

式(3)

502)依据式(4)测定用户侧谐波电压责任Tc：如图3所示，图中横坐标为实数轴，纵坐标为虚数轴，T_C为用户侧谐波电压责任，T_S为系统侧谐波电压责任。

式(4)

式中，U_TC为的模值，θ为谐波电压超前谐波电流的角度，U_pcc-h为谐波

电压；依据式(5)测定为系统侧谐波电压责任T_S：

T_S＝1-T_C式(5)

为实时对谐波电压责任进行测定，上述实施例的谐波电压责任的测定方法中，所述的步骤30)中，利用谐波监测装置，采集系统PCC点在测试时间段内的各测试时间点的谐波电压U_pcc-h、谐波电流I_pcc-h、谐波有功功率P_pcc-h和谐波无功功率Q_pcc-h，对各测试时间点测得的谐波测试数据组，分别进行步骤40)和步骤50)，获得各测试时间点的用户侧谐波电压责任和系统侧谐波电压责任。考虑到谐波电压责任是实时变动的，本实施例在测试时间段内的各测试时间点的谐波测试数据进行测量，并对各测试时间点的用户侧谐波电压责任和系统侧谐波电压责任进行测定。

本发明实施例的谐波电压责任的测定方法，利用监测到的谐波功率数据计算出谐波电压与谐波电流的相角差，以谐波电压向量为基准向量，从而确定谐波电流的方向，避免对谐波电压和谐波电流相角的直接测量，易于工程实现。实际工程中，谐波相角数据难以准确地测量。因此，传统的谐波责任划分方法并不实用，本发明实施例提出的方法能够对谐波污染的责任进行量化，这为工程人员准确地寻找谐波源、分析谐波传播和谐波治理提供帮助。

下面例举一仿真实例。

以某变电站10kV母线为例，变电站母线最小短路容量为333MVA。在母线下的某条馈线配置谐波监测装置进行谐波数据测量，采集到11组测试数据如下，如表2所示。

表2正常运行测试数据

当测试馈线负荷停机后，采集到的11组测试数据，如表3所示。

表3负荷停机测试数据

首先利用表2与表3，计算馈线侧谐波电压责任的精确值。然后利用表2中的数据，通过本发明实施例提供的方法计算出馈线侧谐波电压责任，计算结果如表4所示。

表4计算结果对比

对11组谐波电压责任计算结果取均值，获得测试时间段内馈线侧平均的谐波电压责任。本发明实施例提供的方法不需要直接测量谐波电压和谐波电流相角数据。通过与精确值的对比分析发现，本发明实施例测定的馈线侧平均谐波电压责任的结果误差较小，计算结果较为准确。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤10)获取系统电气运行参数；

步骤20)计算系统谐波阻抗：利用所述步骤10)获取的系统电气运行参数，计算系统的谐波阻抗；

步骤30)采集谐波测试数据，形成谐波测试数据组；

步骤40)确定谐波电流向量：基于步骤30)采集的谐波测试数据，计算谐波电流与谐波电压的相角差，确定谐波电流向量；

步骤50)测定谐波电压责任：利用步骤20)得到的系统谐波阻抗和步骤40)得到的谐波电流向量，测定用户侧和系统侧的谐波电压责任。

2.根据权利要求1所述的基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，所述的步骤10)中，系统电气运行参数包括系统母线的平均额定电压U_N和系统母线的实际最小短路容量S_k1。

3.根据权利要求2所述的基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，所述的步骤20)中，依据式(1)计算系统的谐波阻抗X_h：

$X_h={\left(h\frac{U_N^2}{S_{k1}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\α}}}$ 式(1)

式中，h为谐波次数，α为叠加系数。

4.根据权利要求1所述的基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，所述的步骤30)具体包括：利用谐波监测装置，采集系统PCC点在测试时间点的谐波电压U_pcc-h、谐波电流I_pcc-h、谐波有功功率P_pcc-h和谐波无功功率Q_pcc-h，集合该测试时间点上测得的各谐波测试数据，形成一谐波测试数据组。

5.根据权利要求4所述的基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，所述的步骤40)具体包括：对步骤30)获取的谐波测试数据组，将谐波电压U_pcc-h作为基准向量，以流向PCC点的谐波功率方向为正方向，依据式(2)计算出谐波电压超前谐波电流的角度θ，谐波电流向量为I_pcc-h∠-θ；

$\mathrm{\θ}=\arccos \left(\frac{P_{pcc-h}}{U_{pcc-h}\·I_{pcc-h}}\right)=\arcsin \left(\frac{Q_{pcc-h}}{U_{pcc-h}\·I_{pcc-h}}\right)$ 式(2)

式中，I_pcc-h为谐波电流，U_pcc-h为谐波电压，P_pcc-h为谐波有功功率，Q_pcc-h为谐波无功功率。

6.根据权利要求5所述的基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，所述的步骤50)具体包括：

501)获得用户侧谐波发射水平向量依据式(3)，将步骤40)得到的谐波电流向量与步骤20)计算的系统谐波阻抗做向量乘积，得到用户侧谐波发射水平向量

式(3)

502)依据式(4)测定用户侧谐波电压责任Tc：

式(4)

式中，U_TC为的模值，θ为谐波电压超前谐波电流的角度，U_pcc-h为谐波

电压；依据式(5)测定为系统侧谐波电压责任T_S：

T_S＝1-T_C式(5)

7.根据权利要求6所述的基于谐波功率监测的谐波电压责任的测定方法，其特征在于，所述的步骤30)中，利用谐波监测装置，采集系统PCC点在测试时间段内的各测试时间点的谐波电压U_pcc-h、谐波电流I_pcc-h、谐波有功功率P_pcc-h和谐波无功功率Q_pcc-h，对各测试时间点测得的谐波测试数据组，分别进行步骤40)和步骤50)，获得各测试时间点的用户侧谐波电压责任和系统侧谐波电压责任。