CN106154109A - 一种考虑责任划分的电压暂降源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种考虑责任划分的电压暂降源定位方法，包括：S1)对需要监测电压暂降的公共联接点进行数据采集，包含基波正序电压、电流有效值、功率因数；S2)根据测得的电气数据，计算系统阻抗参数；S3)计算造成电压暂降的上、下游权重系数；S4)根据电压暂降上、下游权重系数，判断电压暂降源的位置，并计算权重系数占比，确定上下游责任。该方法可定量给出电压暂降源定位结果，并基于此计算上下游责任系数，能够为解决供用电双方纠纷很好的提供数据支撑。

Description

一种考虑责任划分的电压暂降源定位方法

技术领域

本发明属于电能质量检测监控技术领域，具体涉及一种电压暂降源定位方法。

背景技术

近年来，在可能造成电能质量下降的各种扰动中，电压暂降、暂升、电压中断等短时扰动受到了供电部门、工商业用户以及研究者的重点关注。其中，电压暂降具有持续时间短、带有一定的随机性、发生频繁、往往带来较大的经济损失等特点，被认为是最严重的电能质量问题之一。以工业生产过程为例，电压暂降虽然持续时间较短，但通常生产设备恢复正常使用可能需要数小时，电压暂降带来的生产延迟、生产中断以及产品质量下降将造成不小的经济损失。同时，据统计，电压暂降发生的频率一般为每年几十次到上百次，而电压中断发生的频率则大约为一次每年，因而电压暂降甚至比电压中断给工商业用户带来的影响更大。随着电压暂降给众多行业带来的影响逐渐被人们认识到，大量相关的研究工作得以逐步展开。

不同原因造成的电压暂降具有不同的特征，利用不同类型电压暂降表现出来的不同特征可以对电压暂降源进行识别定位。在工商业及普通电力用户中得到广泛应用的敏感用电设备需要供电部门提供不同的电压条件，对电压暂降源的准确识别定位将有助于釆取合理的补偿等应对措施改善电网的电能质量、评估电压暂降对于敏感用电设备的影响程度。在此基础上，对电压暂降源的准确识别定位一方面可以帮助供电部门排查、修复电网故障,为工业生产等活动提供决策参考；另一方面可以作为责任划分的依据促进由于电能质量污染造成的供用电双方之间的经济纠纷等问题的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的大多数暂降源定位方法都没有很好的考虑负荷特性的问题，或者简单默认为师恒定阻抗等简单负荷模型，而且大部分没有给出定量结果的问题。本发明通过分析上游系统参数和下游负荷参数变化与电压变化量之间的关系，定量给出电压暂降源定位结果，并基于此计算上下游责任系数，能够为解决供用电双方纠纷很好的提供数据支撑。

本发明是这样实现的：

一种考虑责任划分的电压暂降源定位方法，包括如下步骤：

S1)对需要监测电压暂降的公共联接点进行数据采集，采集公共联接点电气数据，包括基波正序电压、电流有效值、功率因数；

S2)根据采集的电气数据，计算系统阻抗参数；

S3)计算造成电压暂降的上、下游权重系数；

S4)根据电压暂降上、下游权重系数，判断电压暂降源的位置，并计算权重系数占比，量化上、下游责任。

更进一步的方案是：步骤S1的数据采集，是通过传感器测量需监测电压暂降源的公共联接点电气数据。

更进一步的方案是：步骤S2的计算系统阻抗参数，是用戴维宁等效电路模拟电力系统监测点，通过已知的监测数据，计算系统阻抗参数。

利用三点法，即t₁、t₂、t₃时刻的采样数据，并假设在三次连续采样点，等效电路参数保持不变，即R_S、X_S、E_S恒定，则有

分离方程(1)的实部、虚部，得

求解方程(2)，可得R_S、X_S、E_S、δ₁、δ₂、δ₃六个变量，能较准确的计算系统阻抗参数，并通过采样参数可以跟踪负荷参数。

所述的方法，需要监测电压暂降的公共联接点的电压，由戴维宁等效电路计算得到：

$\stackrel{\·}{U}={\stackrel{\·}{E}}_S\frac{Z_L}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}---\left(3\right)$

式中，Z_L——负荷阻抗，单位为Ω；

E_S——等效线路电源电压，单位为V；

R_S——等效线路电阻，单位为Ω；

X_S——等效线路电抗，单位为Ω；

——电压暂降的电源电压，单位为V；

——电压暂降的公共联接点的电压，单位为V；

j为单位向量；

电压暂降是由上游系统参数和下游系统负荷参数的变化综合造成：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=\[{\mathrm{\ΔE}}_S\frac{Z_L}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}-{\mathrm{\ΔE}}_S(R_S+{\mathrm{jX}}_S)\frac{Z_L}{{(R_S+{\mathrm{jX}}_S+Z_L)}^2}\]\\ +{\mathrm{\ΔZ}}_L\[\frac{E_S}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}-\frac{E_S{Z}_L}{{(R_S+{\mathrm{jX}}_S+Z_L)}^2}\]\end{array}---\left(4\right)$

式中，

Z_L——负荷阻抗，单位为Ω；

E_S——等效线路电源电压，单位为V；

R_S——等效线路电阻，单位为Ω；

X_S——等效线路电抗，单位为Ω；

——电压暂降前和电压暂降期间上游线路电源电压差；单位为V；

ΔZ_L——电压暂降前和电压暂降期间下游负荷参数阻抗的变化量，单位为Ω；

——电压暂降前与暂降期间的监测点电压变化量，单位为V；

上式(4)中，第1部分是由上游的系统扰动导致，第2部分是由下游的负荷扰动导致；

在获得电压暂降前及电压达到稳态后的暂降期间的上游系统参数和下游负荷参数后，计算电压暂降的上游权重系数：

${\mathrm{\β}}_{up}=\left|\begin{array}{c}\frac{1}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}\{({\stackrel{\·}{E}}_{S-sag}-{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre})\frac{Z_{L-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}\\ -\[R_{S-sag}-R_{S-pre}+j(X_{S-sag}-X_{S-pre})\]\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}{Z}_{L-pre}}{{\[(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}\]}^2}\}\end{array}\right|---\left(5\right)$

该权重系数代表系统上游R_S、X_S、E_S参数变化造成电压暂降前后的电压相对变化量；

以及造成电压暂降的下游权重系数：

${\mathrm{\β}}_{down}=\left|\frac{Z_{L-sag}-Z_{L-pre}}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}\{\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}-\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}{Z}_{L-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}\}\right|---\left(6\right)$

该权重系数代表系统的下游用户自身参数Z_L变化造成电压暂降前后的电压相对变化量；

式中，为电压暂降前及暂降期间的单位为V；

R_S-pre、R_S-sag和X_S-pre、X_S-sag分别为电压暂降前及暂降期间的戴维宁等效电阻和等效电抗，单位为Ω；

Z_L-pre、Z_L-sag为电压暂降前和及暂降期间的负荷阻抗，单位为Ω；

为电压暂降前与暂降期间的监测点电压变化量，单位为V。

所述的方法，根据监测点数据，计算上下游造成电压暂降的权重系数值，根据系数值大小，则可判定电压暂降的发生位置，并量化上下游造成电压暂降的责任，责任定量计算方法如下：

上游责任系数，

${\mathrm{\α}}_{up}=\frac{{\mathrm{\β}}_{up}}{{\mathrm{\β}}_{up}+{\mathrm{\β}}_{down}}---\left(7\right)$

下游责任系数，

${\mathrm{\α}}_{down}=\frac{{\mathrm{\β}}_{down}}{{\mathrm{\β}}_{up}+{\mathrm{\β}}_{down}}---\left(8\right)$

式中，α_up为上游责任系数；α_down为下游责任系数；

根据上式可定量计算上下游的责任权重系数，从而明确电压暂降扰动源的责任划分。

本发明的优点：现有的大多数暂降源定位方法都没有很好的考虑负荷特性的问题，或者简单默认为师恒定阻抗等简单负荷模型，而且大部分没有给出定量结果。该方法分析了上游系统参数和下游负荷菜蔬变化与电压变化量之间的关系，定量给出电压暂降源定位结果，并基于此计算上下游责任系数，能够为解决供用电双方纠纷很好的提供数据支撑。

附图说明

图1考虑责任划分的电压暂降源定位流程图；

图2监测点戴维宁等效电路模型示意图；

图3实施例简单网络的电压暂降源定位示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种考虑责任划分的电压暂降源定位方法，包括S1)对需要监测电压暂降的公共联接点进行数据采集，包含基波正序电压、电流有效值、功率因数；S2)根据测得的电气数据，计算系统阻抗参数；S3)计算造成电压暂降的上、下游权重系数；S4)根据电压暂降上、下游权重系数，判断电压暂降源的位置，并计算权重系数占比，确定上下游责任。现有的大多数暂降源定位方法都没有很好的考虑负荷特性的问题，或者简单默认为师恒定阻抗等简单负荷模型，而且大部分没有给出定量结果。该方法分析了上游系统参数和下游负荷菜蔬变化与电压变化量之间的关系，定量给出电压暂降源定位结果，并基于此计算上下游责任系数，能够为解决供用电双方纠纷很好的提供数据支撑。

下面结合附图进一步详述本发明。

一种谐波责任分摊量化评估方法，包括：

S1)对需要监测电压暂降的公共联接点进行数据采集，包含基波正序电压、电流有效值、功率因数；

S2)根据测得的电气数据，计算系统阻抗参数；

S3)计算造成电压暂降的上、下游权重系数；

S4)根据电压暂降上、下游权重系数，判断电压暂降源的位置，并计算权重系数占比，确定上下游责任。

上述步骤S1中，通过传感器测量需监测电压暂降源的公共联接点电气数据，电气数据包括基波正序电压、电流有效值、功率因数。

上述步骤S2中，用戴维宁等效电路模拟电力系统监测点，见附图2，通过已知的监测数据，计算系统阻抗参数。

利用三点法，即t₁、t₂、t₃时刻的采样数据，并假设在三次连续采样点，R_S、X_S、E_S恒定，则有

分离方程(1)的实部、虚部，得

求解方程(2)，可得R_S、X_S、E_S、δ₁、δ₂、δ₃六个变量，能较准确的计算系统阻抗参数，并通过采样参数可以跟踪负荷参数。

上述步骤S3中，监测点的电压，由等效电路可计算得到：

$\stackrel{\·}{U}={\stackrel{\·}{E}}_S\frac{Z_L}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}---\left(3\right)$

其电压暂降是由上游系统参数和下游系统负荷参数的变化综合造成：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=\[{\mathrm{\ΔE}}_S\frac{Z_L}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}-{\mathrm{\ΔE}}_S(R_S+{\mathrm{jX}}_S)\frac{Z_L}{{(R_S+{\mathrm{jX}}_S+Z_L)}^2}\]\\ +{\mathrm{\ΔZ}}_L\[\frac{E_S}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}-\frac{E_S{Z}_L}{{(R_S+{\mathrm{jX}}_S+Z_L)}^2}\]\end{array}---\left(4\right)$

式中，Z_L——负荷阻抗，单位为Ω；

E_S——等效线路电源电压，单位为V；

R_S——等效线路电阻，单位为Ω；

X_S——等效线路电抗，单位为Ω；

——电压暂降的电源电压，单位为V；

——电压暂降的公共联接点的电压，单位为V；

上式(4)中，第1部分是由上游的系统扰动导致，第2部分是由下游的负荷扰动导致。

在获得电压暂降前及电压暂降期间(达到稳态后)的上游系统参数和下游负荷参数后，可计算电压暂降的上游权重系数：

${\mathrm{\β}}_{up}=\left|\begin{array}{c}\frac{1}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}\{({\stackrel{\·}{E}}_{S-sag}-{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre})\frac{Z_{L-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}\\ -\[R_{S-sag}-R_{S-pre}+j(X_{S-sag}-X_{S-pre})\]\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}{Z}_{L-pre}}{{\[(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}\]}^2}\}\end{array}\right|---\left(5\right)$

该权重系数代表系统上游R_S、X_S、E_S参数变化造成电压暂降前后的电压相对变化量；

以及造成电压暂降的下游权重系数：

${\mathrm{\β}}_{down}=\left|\frac{Z_{L-sag}-Z_{L-pre}}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}\{\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}-\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}{Z}_{L-pre}}{{\[(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}\]}^2}\}\right|---\left(6\right)$

该权重系数代表系统的下游用户自身参数Z_L变化造成电压暂降前后的电压相对变化量。

式中，为电压暂降前及暂降期间的

R_S-pre、R_S-sag和X_S-pre、X_S-sag分别为电压暂降前及暂降期间的戴维宁等效电阻和等效电抗；

Z_L-pre、Z_L-sag为电压暂降前和及暂降期间的负荷阻抗；

为电压暂降前与暂降期间的监测点电压变化量；

上述步骤S4中，根据监测点数据，计算上下游造成电压暂降的权重系数值，根据系数值大小，则可判定电压暂降的发生位置，并量化上下游造成电压暂降的责任，责任定量计算方法如下：

上游责任系数，

${\mathrm{\α}}_{up}=\frac{{\mathrm{\β}}_{up}}{{\mathrm{\β}}_{up}+{\mathrm{\β}}_{down}}---\left(7\right)$

下游责任系数，

${\mathrm{\α}}_{down}=\frac{{\mathrm{\β}}_{down}}{{\mathrm{\β}}_{up}+{\mathrm{\β}}_{down}}---\left(8\right)$

根据上式可定量计算上下游的责任权重系数，从而明确电压暂降扰动源的责任划分。

算例说明：

应用本发明方法对一个简单的辐射型电网进行电压暂降源的判定，具体如下：

如附图3所示，图中，电源电压E_S＝231V(50Hz，初相位为0)，Z_S＝(0.0176+j0.000314)Ω；故障电阻为0.05Ω，故障时间为2.0-2.8s；两个负荷功率均为200kW，功率因数为1。

根据P₁处的电压电流数据，计算得到电压暂降前和电压暂降期间的上游系统参数E_S、Z_S和下游负荷参数Z_L，如下表所示：

根据上述发明方法，可计算上下游造成电压暂降的权重分别为β_up＝0，β_down＝0.9664，可知电压暂降源位于P₁的下游。

根据P₂处的电压电流数据，计算得到电压暂降前和电压暂降期间的上游系统参数E_S、Z_S和下游负荷参数Z_L，如下表所示：

根据上述发明方法，可计算上下游造成电压暂降的权重分别为β_up＝0.9936，β_down＝0，可知电压暂降源位于P₂的上游。

两个监测点的定位结果显示，该电压暂降位于馈线2上，且责任权重占主要成分，为事故主要责任方。

Claims (5)

1.一种考虑责任划分的电压暂降源定位方法，其特征在于包括：

S1)对需要监测电压暂降的公共联接点进行数据采集，采集公共联接点电气数据，包括基波正序电压、电流有效值、功率因数；

S2)根据采集的电气数据，计算系统阻抗参数；

S3)计算造成电压暂降的上、下游权重系数；

S4)根据电压暂降上、下游权重系数，判断电压暂降源的位置，并计算权重系数占比，量化上、下游责任。

2.根据权利要求1所述的考虑责任划分的电压暂降源定位方法，其特征在于：步骤S1的数据采集，是通过传感器测量需监测电压暂降源的公共联接点电气数据。

3.根据权利要求1所述的考虑责任划分的电压暂降源定位方法，其特征在于：步骤S2的计算系统阻抗参数，是用戴维宁等效电路模拟电力系统监测点，通过已知的监测数据，计算系统阻抗参数，具体计算过程如下：

利用三点法，即t₁、t₂、t₃时刻的采样数据，并假设在三次连续采样点，R_S、X_S、E_S恒定，则有

式中，t₁、t₂、t₃——分别指三次采样时间，单位为s；

δ₁、δ₂、δ₃——三次采样时间点的相角，单位为度；

I₁、I₂、I₃——三次采样电流，单位为A；

U₁、U₂、U₃——三次采样电压，单位为V；

E_S——等效线路电源电压，单位为V；

R_S——等效线路电阻，单位为Ω；

X_S——等效线路电抗，单位为Ω；

分离方程(1)的实部、虚部，得

求解方程(2)，得R_S、X_S、E_S、δ₁、δ₂、δ₃六个变量，能准确的计算系统阻抗参数，并通过采样参数跟踪负荷参数。

4.根据权利要求3所述的考虑责任划分的电压暂降源定位方法，其特征在于：需要监测电压暂降的公共联接点的电压，由戴维宁等效电路计算得到：

$\stackrel{\·}{U}={\stackrel{\·}{E}}_S\frac{Z_L}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}---\left(3\right)$

式中，Z_L——负荷阻抗，单位为Ω；

E_S——等效线路电源电压，单位为V；

R_S——等效线路电阻，单位为Ω；

X_S——等效线路电抗，单位为Ω；

——电压暂降的电源电压，单位为V；

——电压暂降的公共联接点的电压，单位为V；

电压暂降是由上游系统参数和下游系统负荷参数的变化综合造成：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=\[{\mathrm{\ΔE}}_S\frac{Z_L}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}-{\mathrm{\ΔE}}_S(R_S+{\mathrm{jX}}_S)\frac{Z_L}{{(R_S+{\mathrm{jX}}_S+Z_L)}^2}\]\\ +{\mathrm{\ΔZ}}_L\[\frac{E_S}{(R_S+{\mathrm{jX}}_S)+Z_L}-\frac{E_S{Z}_L}{{(R_S+{\mathrm{jX}}_S+Z_L)}^2}\]\end{array}---\left(4\right)$

式中，

Z_L——负荷阻抗，单位为Ω；

E_S——等效线路电源电压，单位为V；

R_S——等效线路电阻，单位为Ω；

X_S——等效线路电抗，单位为Ω；

——电压暂降前和电压暂降期间上游线路电源电压差；单位为V；

ΔZ_L——电压暂降前和电压暂降期间下游负荷参数阻抗的变化量，单位为Ω；

——电压暂降前与暂降期间的监测点电压变化量，单位为V；

上式(4)中，第1部分是由上游的系统扰动导致，第2部分是由下游的负荷扰动导致；

在获得电压暂降前及电压达到稳态后的暂降期间的上游系统参数和下游负荷参数后，计算电压暂降的上游权重系数：

${\mathrm{\β}}_{up}=\left|\begin{array}{c}\frac{1}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}\{({\stackrel{\·}{E}}_{S-sag}-{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre})\frac{Z_{L-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}\\ -\[R_{S-sag}-R_{S-pre}+j(X_{S-sag}-X_{S-pre})\]\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}{Z}_{L-pre}}{{\[(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}\]}^2}\}\end{array}\right|---\left(5\right)$

该权重系数代表系统上游R_S、X_S、E_S参数变化造成电压暂降前后的电压相对变化量；

以及造成电压暂降的下游权重系数：

${\mathrm{\β}}_{down}=\left|\frac{Z_{L-sag}-Z_{L-pre}}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}\right\{\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}}{(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}}-\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{S-pre}{Z}_{L-pre}}{{\[(R_{S-pre}+{\mathrm{jX}}_{S-pre})+Z_{L-pre}\]}^2}\left\}\right|---\left(6\right)$

该权重系数代表系统的下游用户自身参数Z_L变化造成电压暂降前后的电压相对变化量；

式中，为电压暂降前及暂降期间的单位为V；

R_S-pre、R_S-sag和X_S-pre、X_S-sag分别为电压暂降前及暂降期间的戴维宁等效电阻和等效电抗，单位为Ω；

Z_L-pre、Z_L-sag为电压暂降前和及暂降期间的负荷阻抗，单位为Ω；

为电压暂降前与暂降期间的监测点电压变化量，单位为V。

5.根据权利要求4所述的考虑责任划分的电压暂降源定位方法，其特征在于：根据需要监测电压暂降的公共联接点的数据，计算上下游造成电压暂降的权重系数值，根据系数值大小，判定电压暂降的发生位置，并量化上下游造成电压暂降的责任，责任定量计算方法如下：

上游责任系数，

${\mathrm{\α}}_{up}=\frac{{\mathrm{\β}}_{up}}{{\mathrm{\β}}_{up}+{\mathrm{\β}}_{down}}---\left(7\right)$

下游责任系数，

${\mathrm{\α}}_{down}=\frac{{\mathrm{\β}}_{down}}{{\mathrm{\β}}_{up}+{\mathrm{\β}}_{down}}---\left(8\right)$

式中，α_up为上游责任系数；α_down为下游责任系数；

根据上式定量计算上下游的责任权重系数，从而明确电压暂降扰动源的责任划分。