CN106154111A - 一种间谐波发生源定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间谐波发生源定位方法及装置，监测到风电汇集站与主网联络线的谐波电流超过设定门槛时，对该线的电压、电流进行分析计算，计算出间谐波电流的频率，并算出间谐波电压与间谐波电流之间相角差，若相角差的绝对值小于一个可整定角度则判断本风电汇集站有间谐波发生源，在本风电汇集站存在间谐波发生源的情况下，以上述间谐波电流的频率为中心频率对各风电场电流进行滤波，并计算出各风电场间谐波电流的幅值与相角，找出间谐波电流幅值最大的风电场，并计算其余各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值，比值大于一个可整定门槛且间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流相角的差小于一个可整定角度的风电场全部判断为间谐波发生源。

Description

一种间谐波发生源定位方法及装置

技术领域

本发明涉及电力控制领域，尤其涉及一种间谐波发生源定位方法及装置。

背景技术

随着经济快速增长，高耗能产业急速发展，对于可再生新能源的要求越来越迫切。近年来随着风电与光伏发电技术的日益成熟，其发电成本也在逐步降低，风电与光伏大规模商业运营成为可能，到2020年，我国非化石能源和化石能源发电装机比约为4:6，风电、太阳能发电装机达到3亿千瓦左右，新增1.8亿千瓦左右；我国风能与太阳能大规模开发地区一般处于电网末端，而电网负荷却大多位于经济发达的东部地区与中部地区，为使西部电能能高效远距离输送到中东部的负荷中心，常采用特高压大容量输电技术或加装串补电容的超/特高压交流输电，这类电网在风力发电机逆变器、SVC、SVG、直流输电以及串补电容等多种因素的作用下可能在电网中产生频率不是电网工频整数倍频率的间谐波电流与电压，进而导致附近的火电机组发生次同步振荡，我国目前已投入运行的大规模风电汇集站附近的火电机组已发生过多次次同步振荡现象，已严重影响到电网的安全稳定运行与该地区火电机组的安全。目前对间谐波的分析方法大多是事故后基于PMU录波数据的离线分析，并不能在线实时确定具体哪个风电场是间谐波发生源，不利于事故原因的分析及处理。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例为解决现有技术中存在的问题而提供一种间谐波发生源定位方法及装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种间谐波发生源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

对风电汇集站与主网联络线的电流进行分析计算，算出电流中的间谐波分量，并判断间谐波电流幅值是否超过设定门槛，得出判断结果；

判断出间谐波电流超过设定门槛时，对风电汇集站与主网联络线的电压、电流进行分析计算，计算出间谐波电流的频率，并算出间谐波电压与间谐波电流之间的相角差，若相角差的绝对值小于一个可整定角度则判断本风电汇集站有间谐波发生源；

在本风电汇集站存在间谐波发生源的情况下，以上述间谐波电流的频率为中心频率对各风电场电流进行滤波，并计算出各风电场间谐波电流的幅值与相角，找出间谐波电流幅值最大的风电场，并计算其余各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值，然后根据以下两个条件判断各风电厂是否是间谐波发生源，条件一：比值大于一个可整定门槛，条件二：间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于一个可整定角度，同时满足这两个条件的风电场全部判断为间谐波发生源。

进一步的，当风电汇集站与主网只有一回联络线时，用这回联络线的三相电流进行判断，当有多回联络线时，将每回联络线的A相电流合成一个总的A相电流，B相电流合成一个总的B相电流,C相电流合成一个总的C相电流，然后用总的三相电流进行判断，判断时三相中至少有两相间谐波电流幅值超过设定门槛才判为判断条件满足。

进一步的，计算间谐波电压与间谐波电流相角差时，采用分相计算的方法，三相中至少有两相相角差的绝对值小于一个可整定角度才判断本风电汇集站有间谐波发生源。

进一步的，对各风电场电流进行滤波的中心频率为联络线幅值最大分量的间谐波电流三相频率的平均值，所述滤波器为带通滤波器。

进一步的，计算各风电场间谐波电流幅值的比值时使用三相间谐波电流幅值的平均值进行计算。

为实现上述技术目的，本发明采取的另一种技术方案为：一种间谐波发生源定位装置，其特征在于：包括联络线间谐波电流计算判断模块、联络线间谐波电压计算模块、联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块、风电场电流滤波模块、风电场间谐波电流幅值与相角计算模块和间谐波发生源定位模块。

所述联络线间谐波电流计算判断模块用于计算风电汇集站与主网联络线电流中的间谐波分量，并判断间谐波电流幅值是否超过设定门槛，得出判断结果；

所述联络线间谐波电压计算模块用于计算风电汇集站与主网联络线电压中的间谐波分量；

所述联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块用于计算联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差并判断其相角差的绝对值是否小于某一门槛，若小于门槛则判断本风电汇集站有间谐波发生源；

所述风电场电流滤波模块用于对各风电场的电流进行带通滤波，滤出其中的间谐波分量；

所述风电场间谐波电流幅值与相角计算模块用于计算各风电场间谐波电流的幅值与相角；

所述间谐波发生源定位模块用于找出间谐波电流幅值最大的风电场，并计算其余各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值，根据各风电场间谐波电流幅值与风电场间谐波电流幅值最大值的比值与相角差定位具体哪些风电场是间谐波发生源，判断条件有两个，条件一：比值大于一个可整定门槛，条件二：间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于一个可整定角度，同时满足这两个条件的风电场全部判断为间谐波发生源。

进一步的，所述联络线间谐波电流计算判断模块在进行间谐波电流计算与判断时，若风电汇集站与主网只有一回联络线，则用这回联络线的三相电流进行判断，当有多回联络线时，将每回联络线的A相电流合成一个总的A相电流，B相电流合成一个总的B相电流,C相电流合成一个总的C相电流，然后用总的三相电流进行判断，判断时三相中至少有两相间谐波电流幅值超过设定门槛才判为判断条件满足。

进一步的，所述联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块计算间谐波电压与间谐波电流相角差时，采用分相计算的方法，三相中至少有两相相角差的绝对值小于一个可整定角度才判断本风电汇集站有间谐波发生源。

进一步的，还包括风电场电流滤波模块，该模块对各风电场电流进行滤波的中心频率为联络线幅值最大分量的间谐波电流三相频率的平均值，所述滤波器为带通滤波器。

进一步的，还包括风电场电流滤波模块，该模块计算各风电场间谐波电流幅值的比值时使用三相间谐波电流幅值的平均值进行计算。

本发明实施例所提供的间谐波发生源定位方法及装置，可同时监视风电汇集站与主网联络线以及各风电场到该风电汇集站的电源进线，当电网中存在较大的间谐波电流时在线实时判断本风电汇集站内是否存在间谐波发生源，若本风电汇集站存在间谐波发生源则定位到具体哪个风电场为间谐波发生源，为分析间谐波产生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础。本发明仅需采集风电汇集站的本地信息即可定位本风电汇集站内的间谐波发生源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，本发明先通过联络线间谐波电流的分析计算确定间谐波电流的频率，然后以该频率为中心频率设计带通滤波器对各风电场电流进行滤波，减少了计算量，便于实际工程实施。

附图说明

图1为本发明实施例间谐波发生源定位方法的实现流程示意图一；

图2为风电汇集站通过单线与主网相连示意图；

图3为本发明实施例间谐波发生源定位方法的实现流程示意图二；

图4为风电汇集站通过双回线与主网相连示意图；

图5为本发明实施例间谐波发生源定位装置的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本间谐波发生源定位方法的实现流程示意图一，如图1所示，间谐波发生源定位方法包括：

步骤S101：计算风电汇集站与主网联络线上的间谐波电流，并判断该间谐波电流是否超过门槛，具体方法为：在如图2所示的风电汇集站通过单线与主网联网的情况，先分相计算联络线的间谐波电流，其幅值分别为：A相间谐波电流为Ijxb_A、B相间谐波电流为Ijxb_B、C相间谐波电流为Ijxb_C，设定间谐波电流门槛值Iset，满足以下任两个条件判为间谐波电流超过门槛：

1)Ijxb_A≥Iset；

2)Ijxb_B≥Iset；

3)Ijxb_C≥Iset。

步骤S102：间谐波电流超过门槛时根据联络线间谐波电压与间谐波电流的相角差判断本风电汇集站是否存在间谐波发生源,具体地，当联络线间谐波电流超过门槛时，计算出联络线间谐波电流的频率与相角，计算出联络线间谐波电压的相角，并分相计算出间谐波电压与间谐波电流的相角差，各相相角差的绝对值符号为：A相相角差的绝对值为ФA，B相相角差的绝对值为ФB，C相相角差的绝对值为ФC，设相角差定值为Фset，满足以下任两个条件判为本风电汇集站存在间谐波发生源:

1)ФA≤Фset；

2)ФB≤Фset；

3)ФC≤Фset。

Фset的典型值为90°。

步骤S103：以联络线间谐波电流频率为中心频率对各风电场电流进行滤波，计算各风电场间谐波电流的幅值与相角。

具体地，以联络线间谐波电流幅值最大分量的三相频率的平均值为中心频率设计一个带宽是2Hz的带通滤波器，对各风电场电流进行滤波，过滤出各风电场电流中的间谐波分量，在此基础上计算各风电场间谐波电流的幅值与相角。

步骤S104：找出各风电场间谐波电流最大幅值，计算各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值及间谐波电流相角差。

具体地，在如图2所示的风电汇集站，假设各风电场三相间谐波电流幅值分别为：风电场1为18A，风电场2为11A，风电场3为3A，风电场4为7A，风电场5为20A，风电场6为19A，风电场7为15A，则风电场5间谐波电流平均值最大，为20A，其余各风电场间谐波电流幅值对风电场5间谐波电流幅值的比值分别为：风电场1为0.9，风电场2为0.55，风电场3为0.15，风电场4为0.35，风电场6为0.95，风电场7为0.75，同时计算其余各风电场间谐波电流相角与风电场5间谐波电流相角的差值，假设其余各风电场对风电场5间谐波电流相角差分别为：风电场1为120°，风电场2为10°，风电场3为15°，风电场4为30°，风电场6为20°，风电场7为160°。

步骤S105：根据各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值及间谐波电流相角差定位间谐波发生源。

具体地，设定一个幅值比值门槛Kset(假设为0.6)，同时设定一个相角差门槛Фset2(假设为50°)，间谐波电流幅值对最大值的比值大于Kset且间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于Фset2的风电场全部判断为间谐波发生源，步骤S104所举的例子各风电场判断情况如下：

风电场1：K1>Kset，Ф1>Фset2不是间谐波发生源

风电场2：K2<Kset，Ф2<Фset2不是间谐波发生源

风电场3：K3<Kset，Ф3<Фset2不是间谐波发生源

风电场4：K4<Kset，Ф4<Фset2不是间谐波发生源

风电场5：K5>Kset，Ф5<Фset2是间谐波发生源

风电场6：K6>Kset，Ф6<Фset2是间谐波发生源

风电场7：K7>Kset，Ф7>Фset2不是间谐波发生源

最终判断风电场5与风电场6是本次事故的间谐波发生源。

通过本发明实施例所述间谐波发生源定位方法，在监测到风电汇集站存在较大间谐波电流时，在线实时判断本风电汇集站内是否存在间谐波发生源，若本风电汇集站存在间谐波发生源则定位到具体哪个风电场为间谐波发生源，为分析间谐波产生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础，本方案仅需采集枢纽变电站的本地信息即可定位本风电汇集站内的间谐波发生源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，本发明先通过联络线间谐波电流的分析计算确定间谐波电流的频率，然后以该频率为中心频率设计带通滤波器对各风电场电流进行滤波，减少了计算量，便于实际工程实施。

实施例2

图3为本间谐波发生源定位方法的实现流程示意图二，如图3所示，间谐波发生源定位方法包括：

步骤S201：对风电汇集站与主网联络线电流进行同步采样，将同步采样的各支路各相电流合并得出各相总电流；

具体地，如图4所示风电汇集站通过双回线与主网相连，首先同步采样联络线1与联络线2的电流信号，合并得出风电汇集站流向主网的各相总电流，作为后续计算间谐波电流的输入电流。

步骤S202：计算风电汇集站与主网联络线上的间谐波电流，并判断该间谐波电流是否超过门槛，具体方法为：在如图4所示的风电汇集站通过双回线与主网联网的情况，用总电流先分相计算联络线的间谐波电流，其幅值分别为：A相间谐波电流为Ijxb_A、B相间谐波电流为Ijxb_B、C相间谐波电流为Ijxb_C，设定间谐波电流门槛值Iset，满足以下任两个条件判为间谐波电流超过门槛：

1)Ijxb_A≥Iset；

2)Ijxb_B≥Iset；

3)Ijxb_C≥Iset。

步骤S203：间谐波电流超过门槛时根据联络线间谐波电压与间谐波电流的相角差判断本风电汇集站是否存在间谐波发生源,具体地，当联络线间谐波电流超过门槛时，计算出联络线间谐波电流的频率与相角，计算出联络线间谐波电压的相角，并分相计算出间谐波电压与间谐波电流的相角差，各相相角差的绝对值符号为：A相相角差的绝对值为ФA，B相相角差的绝对值为ФB，C相相角差的绝对值为ФC，设定相角差定值Фset，满足以下任两个条件判为本风电汇集站存在间谐波发生源:

1)ФA≤Фset；

2)ФB≤Фset；

3)ФC≤Фset。

Фset的典型值为90°。

步骤S204：以联络线间谐波电流频率为中心频率对各风电场电流进行滤波，计算各风电场间谐波电流的幅值与相角。

具体地，以联络线间谐波电流幅值最大分量的三相频率的平均值为中心频率设计一个带宽是2Hz的带通滤波器，对各风电场电流进行滤波，过滤出各风电场电流中的间谐波分量，在此基础上计算各风电场间谐波电流的幅值与相角。

步骤S205：找出各风电场间谐波电流最大幅值，计算各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值及间谐波电流相角差。

具体地，在如图4所示的风电汇集站，假设各风电场三相间谐波电流幅值分别为：风电场1为18A，风电场2为11A，风电场3为3A，风电场4为7A，风电场5为20A，风电场6为19A，风电场7为15A,则风电场5间谐波电流平均值最大，为20A，其余各风电场间谐波电流幅值对风电场5间谐波电流幅值的比值分别为：风电场1为0.9，风电场2为0.55，风电场3为0.15，风电场4为0.35，风电场6为0.95，风电场7为0.75，同时计算其余各风电场间谐波电流相角与风电场5间谐波电流相角的差值，假设其余各风电场对风电场5间谐波电流相角差分别为：风电场1为120°，风电场2为10°，风电场3为15°，风电场4为30°，风电场6为160°，风电场7为30°。

步骤S206：根据各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值及间谐波电流相角差定位间谐波发生源。

具体地，设定一个幅值比值门槛Kset(假设为0.6)，同时设定一个相角差门槛Фset2(假设为50°)，间谐波电流幅值对最大值的比值大于Kset且间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于Фset2的风电场全部判断为间谐波发生源，步骤S205所举的例子各风电场判断情况如下：

风电场1：K1>Kset，Ф1>Фset2不是间谐波发生源

风电场2：K2<Kset，Ф2<Фset2不是间谐波发生源

风电场3：K3<Kset，Ф3<Фset2不是间谐波发生源

风电场4：K4<Kset，Ф4<Фset2不是间谐波发生源

风电场5：K5>Kset，Ф5<Фset2是间谐波发生源

风电场6：K6>Kset，Ф6>Фset2不是间谐波发生源

风电场7：K7>Kset，Ф7<Фset2是间谐波发生源

最终判断风电场5与风电场7是本次事故的间谐波发生源。

通过本发明实施例所述间谐波发生源定位方法，在监测到风电汇集站存在较大间谐波电流时，在线实时判断本风电汇集站内是否存在间谐波发生源，若本风电汇集站存在间谐波发生源则定位到具体哪个风电场为间谐波发生源，为分析间谐波产生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础，本方案仅需采集枢纽变电站的本地信息即可定位本风电汇集站内的间谐波发生源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，本发明先通过联络线间谐波电流的分析计算确定间谐波电流的频率，然后以该频率为中心频率设计带通滤波器对各风电场电流进行滤波，减少了计算量，便于实际工程实施。

实施例3

图5为本间谐波发生源定位装置的组成结构示意图，如图5所示，所述装置包括联络线间谐波电流计算模块301、联络线间谐波电压计算模块302、联络线间谐波电压与间谐波电流相角差计算模块303、风电场电流滤波模块304、风电场间谐波电流幅值与相角计算模块305和间谐波发生源定位模块306；其中，

所述联络线间谐波电流计算判断模块301用于计算风电汇集站与主网联络线电流中的间谐波分量，并判断间谐波电流幅值是否超过设定门槛，得出判断结果；

所述联络线间谐波电压计算模块302用于计算风电汇集站与主网联络线电压中的间谐波分量；

所述联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块303用于计算联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差并判断其相角差的绝对值是否小于某一门槛，若小于门槛则判断本风电汇集站有间谐波发生源；

所述风电场电流滤波模块304用于对各风电场的电流进行带通滤波，滤出其中的间谐波分量；

所述风电场间谐波电流幅值与相角计算模块305用于计算各风电场间谐波电流的幅值与相角；

所述间谐波发生源定位模块306用于找出间谐波电流幅值最大的风电场，并计算其余各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值，根据各风电场间谐波电流幅值与风电场间谐波电流幅值最大值的比值与相角差定位具体哪些风电场是间谐波发生源，判断条件有两个，条件一：比值大于一个可整定门槛，条件二：间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于一个可整定角度，同时满足这两个条件的风电场全部判断为间谐波发生源。

在实际应用中，本发明实施例中提供的所述间谐波发生源定位装置中的各模块及其各模块所包含的各单元均可以通过所述装置中的处理器实现，也可以通过具体的逻辑电路实现；比如，在实际应用中，可由位于所述装置的中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种间谐波发生源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

对风电汇集站与主网联络线的电流进行分析计算，算出电流中的间谐波分量，并判断间谐波电流幅值是否超过设定门槛，得出判断结果；

判断出间谐波电流超过设定门槛时，对风电汇集站与主网联络线的电压、电流进行分析计算，计算出间谐波电流的频率，并算出间谐波电压与间谐波电流之间的相角差，若相角差的绝对值小于一个可整定角度则判断本风电汇集站有间谐波发生源；

在本风电汇集站存在间谐波发生源的情况下，以上述间谐波电流的频率为中心频率对各风电场电流进行滤波，并计算出各风电场间谐波电流的幅值与相角，找出间谐波电流幅值最大的风电场，并计算其余各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值，然后根据以下两个条件判断各风电厂是否是间谐波发生源：

条件一：比值大于一个可整定门槛；

条件二：间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于一个可整定角度，同时满足这两个条件的风电场全部判断为间谐波发生源。

2.根据权利要求1所述的间谐波发生源定位方法，其特征在于，当风电汇集站与主网只有一回联络线时，用这回联络线的三相电流进行判断，当有多回联络线时，将每回联络线的A相电流合成一个总的A相电流，B相电流合成一个总的B相电流,C相电流合成一个总的C相电流，然后用总的三相电流进行判断，判断时三相中至少有两相间谐波电流幅值超过设定门槛才判为判断条件满足。

3.根据权利要求1所述的间谐波发生源定位方法，其特征在于：计算间谐波电压与间谐波电流相角差时，采用分相计算的方法，三相中至少有两相相角差的绝对值小于一个可整定角度才判断本风电汇集站有间谐波发生源。

4.根据权利要求1所述的间谐波发生源定位方法，其特征在于：对各风电场电流进行滤波的中心频率为联络线幅值最大分量的间谐波电流三相频率的平均值，所述滤波器为带通滤波器。

5.根据权利要求1所述的间谐波发生源定位方法，其特征在于：计算各风电场间谐波电流幅值的比值时使用三相间谐波电流幅值的平均值进行计算。

6.一种间谐波发生源定位装置，其特征在于：包括联络线间谐波电流计算判断模块、联络线间谐波电压计算模块、联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块、风电场电流滤波模块、风电场间谐波电流幅值与相角计算模块和间谐波发生源定位模块。

所述联络线间谐波电流计算判断模块用于计算风电汇集站与主网联络线电流中的间谐波分量，并判断间谐波电流幅值是否超过设定门槛，得出判断结果；

所述联络线间谐波电压计算模块用于计算风电汇集站与主网联络线电压中的间谐波分量；

所述联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块用于计算联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差并判断其相角差的绝对值是否小于一个可整定角度，若小于这个可整定的角度则判断本风电汇集站有间谐波发生源；

所述风电场电流滤波模块用于对各风电场的电流进行带通滤波，滤出其中的间谐波分量；

所述风电场间谐波电流幅值与相角计算模块用于计算各风电场间谐波电流的幅值与相角；

所述间谐波发生源定位模块用于找出间谐波电流幅值最大的风电场，并计算其余各风电场间谐波电流幅值与最大幅值的比值，根据各风电场间谐波电流幅值与风电场间谐波电流幅值最大值的比值与相角差定位具体哪些风电场是间谐波发生源，判断条件有两个，条件一：比值大于一个可整定门槛，条件二：间谐波电流相角与最大幅值间谐波电流的相角差小于一个可整定角度，同时满足这两个条件的风电场全部判断为间谐波发生源。

7.根据权利要求6所述的间谐波发生源定位装置，其特征在于：所述联络线间谐波电流计算判断模块在进行间谐波电流计算与判断时，若风电汇集站与主网只有一回联络线，则用这回联络线的三相电流进行判断，当有多回联络线时，将每回联络线的A相电流合成一个总的A相电流，B相电流合成一个总的B相电流,C相电流合成一个总的C相电流，然后用总的三相电流进行判断，判断时三相中至少有两相间谐波电流幅值超过设定门槛才判为判断条件满足。

8.根据权利要求6所述的间谐波发生源定位装置，其特征在于：所述联络线间谐波电压与间谐波电流之间相角差计算判断模块计算间谐波电压与间谐波电流相角差时，采用分相计算的方法，三相中至少有两相相角差的绝对值小于一个可整定角度才判断本风电汇集站有间谐波发生源。

9.根据权利要求6所述的间谐波发生源定位装置，其特征在于：还包括风电场电流滤波模块，该模块对各风电场电流进行滤波的中心频率为联络线幅值最大分量的间谐波电流三相频率的平均值，所述滤波器为带通滤波器。

10.根据权利要求6所述的间谐波发生源定位装置，其特征在于：还包括间谐波发生源定位模块，该模块计算各风电场间谐波电流幅值的比值时使用三相间谐波电流幅值的平均值进行计算。