CN106405287A - 适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力技术领域的一种适用于电能质量监测系统应用下的主导谐波源追踪方法。其技术方案是，首先采用功率预估法给出主导谐波源假设，结合监测点处的有功功率和无功功率正负情况，推算谐波电压超前谐波电流的相角差，在此基础上，根据双主导波动筛选规则选择谐波测量数据，计算其近似等效谐波阻抗。将计算得到的等效谐波阻抗与预估的谐波阻抗特征相比较，验证假设的正确性，最终确定监测点处主导谐波源。本发明的有益效果是，可以在现有的电能质量监测系统的基础上实现理论上准确无误地追踪主导谐波源，这对进一步解决谐波争端、提高电能质量管理水平具有重要意义。

Description

适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法

技术领域

本发明属于主导谐波源追踪方法设计领域，尤其涉及一种适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法。

背景技术

大量的制造加工业在吸收电网基波有功功率的同时会将部分有功功率转换成谐波功率并向电网倒送，倒送的谐波电能会给电网和电力用户带来危害，从而引发谐波争端。而解决争端的首要任务是如何正确识别主导谐波源。在实际工程应用中，有功功率方向法是识别主导谐波源的一种常用方法，但是已有文献从理论上证明了有功功率方向法不一定是正确的，即有功功率方向为正不一定能够推出主导谐波源在系统侧。为了得到理论上完全正确的方法，相关学者提出了阻抗法。阻抗法的关键是准确计算等效的谐波阻抗，传统计算等效谐波阻抗的方法易受背景谐波的影响，导致求得的阻抗不太具有参考意义，从而导致主导谐波源误判。此外，传统阻抗法还需要已知谐波电压和谐波电流相角信息，但是目前的电能质量监测系统是不提供谐波电压和谐波电流相角信息的。因此，为了在目前的电能质量监测系统下实现谐波争端的有效解决，有必要提出一种适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法。

发明内容

针对上述背景技术中提到的主导谐波源追踪方法的不足，本发明提出了一种适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：测绘的有功功率曲线中，如果大部分情况下有功功率大于零，则预估系统侧为主导谐波源，反之预估用户侧为主导谐波源；

步骤2：根据步骤1做出的初步的主导谐波源假设，利用测得的功率因数，结合监测点处的有功功率和无功功率正负情况，推算谐波电压超前谐波电流的相角差；

步骤3：校正预估假设。根据双主导波动筛选规则选择谐波测量数据。针对筛选得到的数据，计算谐波电压差与谐波电流差的商，用于近似等效谐波阻抗。将计算得到的等效谐波阻抗与预估的谐波阻抗特征相比较，验证假设的正确性，最终确定监测点处主导谐波源。

步骤2中，若预估系统侧为主导谐波源，则谐波电压和谐波电流的参考方向为关联参考方向，记P为有功功率，Q为无功功率，为功率因数角，谐波电压超前谐波电流的相角差如下推算：

当P>0且Q>0时，有取功率因数绝对值的反余弦；当P>0且Q<0时，有功率因数绝对值反余弦结果取负；当P<0且Q>0时，有180°减去功率因数绝对值反余弦；当P<0且Q<0时，有功率因数绝对值反余弦减去180°。

若预估用户侧为主导谐波源，则谐波电压和谐波电流的参考方向为非关联参考方向，谐波电压超前谐波电流的相角差如下推算：

当P<0且Q<0时，有取功率因数绝对值的反余弦；当P<0且Q>0时，有功率因数绝对值反余弦结果取负；当P>0且Q<0时，有180°减去功率因数绝对值反余弦；当P>0且Q>0时，有功率因数绝对值反余弦减去180°。

步骤3中，根据双主导波动筛选规则为：

其中，μ_△U和σ_△U为谐波电压差△U的均值和标准差，μ_△I和σ_△I为谐波电流差△I的均值和标准差，α₁和α₂分别为△U和△I奈尔系数，取值为1～1.5。

用于计算等效谐波阻抗的公式为：

其中U_h(i)、I_h(i)和α(i)分别为监测点处第i组监测数据的谐波电压、谐波电流以及功率因数角；U_h(i+1)、I_h(i+1)和α(i+1)分别为监测点处第i+1组监测数据的谐波电压、谐波电流以及功率因数角，Z_eq即为监测点处等效谐波阻抗。

将计算得到的等效谐波阻抗与预估的谐波阻抗特征相比较，验证假设的正确性。

本发明的有益效果是，适用于适合日常电能质量监测系统应用的追踪方法可以在现有的电能质量监测系统的基础上实现理论上准确无误地追踪主导谐波源，这对进一步解决谐波争端问题、提高电能质量管理水平具有重要意义。

附图说明

图1是电网PCC处端口谐波等效模型；

图2是实施例测试系统的主接线示意图；

图3是实施例监测点处5次谐波电压有效值曲线；

图4是实施例监测点处5次谐波电流有效值曲线；

图5是实施例监测点处5次谐波有功功率曲线；

图6是实施例监测点处5次谐波无功功率曲线；

图7是实施例监测点处5次谐波功率因数曲线；

图8是实施例监测点处5次谐波电压超前谐波电流的角度变化曲线；

图9是实施例监测点处传统阻抗法实部计算结果曲线；

图10是实施例监测点处传统阻抗法虚部计算结果曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对优选的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

测试点选择在云南省某市钢铁厂专线的并网点，如图2所示。变电站电压等级为220kV变电站，并网点为变电站110kV侧。采样频率10.24kHz，3秒记录一个点，监测结果显示5次谐波比较严重。根据经验，钢铁厂是典型的谐波源，在测试点两侧比较容易成为主导谐波源，但是后面的分析可以发现即使是典型的谐波源也不一定是主导谐波源。监测数据的结果如图3-图7所示。采用功率预估与阻抗校正方法判断主导谐波源位置：

步骤1：根据监测点处有功功率曲线预估主导谐波源假设。有功功率曲线如图5所示，大部分监测得到的有功功率都大于零，因此预估系统侧为主导谐波源。

步骤2：推算相角差。相角差的推算属于系统侧为主导谐波源的情况，从图6可以看出所有的无功功率都大于零，根据图5可知有些时段有功功率大于零，有些时段有功功率小于零。当有功功率大于零时，谐波电压超前谐波电流的角度取功率因数绝对值的反余弦；当有功功率小于零时，相角差为180°减去功率因数绝对值的反余弦。结果如图8所示。

步骤3：校正预估假设。在有功功率大于零的区间段，根据双主导波动筛选规则得到两组用于阻抗计算的谐波数据，分别如表1和表2所示。

表1筛选的用于阻抗计算的第1组数据(P>0)

表2筛选的用于阻抗计算的第2组数据(P>0)

在有功功率小于零的区间段，根据双主导波动筛选规则得到一组用于阻抗计算的谐波数据，如表3所示。

表3筛选的用于阻抗计算的数据(P<0)

针对表1-表3的数据，计算等效谐波阻抗，结果如表4所示：

表4谐波阻抗计算结果

可以看出，谐波阻抗的实部较大，幅值也较大，并且数值不稳定，因此等效谐波阻抗具备用户侧谐波阻抗的特征，所以端口网络等效了用户侧电路，主导谐波源在系统侧，原功率预估法给出的系统侧为主导谐波源的假设是正确的。

如果采用有功功率法，如图5所示，在谐波有功功率大于零的时段，系统侧为主导谐波源；在谐波有功功率小于零的时段，用户侧为主导谐波源。但是从上述描述中可以看出当谐波有功功率小于零时，阻抗校正发现端口网络仍然是用户侧的等效，系统侧仍然是主导谐波源，也即有功功率法发生了误判。

如果采用传统阻抗法，阻抗计算结果的实部和虚部分别如图9和图10所示。观察图9，对应于有功功率大于零的时段，传统阻抗法得到的实部大于零并且数值较大，体现了用户侧谐波阻抗的特征，因此系统侧是主导谐波源；对应于有功功率小于零的时段，计算得到的实部小于零，根据传统阻抗法推知用户侧为主导谐波源，因此传统阻抗法也发生了误判。误判的根本原因是传统阻抗法得到的等效谐波阻抗不准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：测绘的有功功率曲线中，如果大部分情况下有功功率大于零，则预估系统侧为主导谐波源，反之预估用户侧为主导谐波源；

步骤2：根据步骤1做出的初步的主导谐波源假设，利用测得的功率因数，结合监测点处的有功功率和无功功率正负情况，推算谐波电压超前谐波电流的相角差；

步骤3：校正预估假设，根据双主导波动筛选规则选择谐波测量数据，针对筛选得到的数据，计算谐波电压差与谐波电流差的商，用于近似等效谐波阻抗，将计算得到的等效谐波阻抗与预估的谐波阻抗特征相比较，验证假设的正确性，最终确定监测点处主导谐波源。

2.根据权利要求1所述的一种适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法，其特征在于，根据初步的主导谐波源假设，利用测得的功率因数，结合监测点处的有功功率和无功功率正负情况，推算谐波电压超前谐波电流的相角差，

若预估系统侧为主导谐波源，则谐波电压和谐波电流的参考方向为关联参考方向，记P为有功功率，Q为无功功率，为功率因数角，谐波电压超前谐波电流的相角差如下推算：

当P>0且Q>0时，有取功率因数绝对值的反余弦；

当P>0且Q<0时，有功率因数绝对值反余弦结果取负；

当P<0且Q>0时，有180°减去功率因数绝对值反余弦；

当P<0且Q<0时，有功率因数绝对值反余弦减去180°，

若预估用户侧为主导谐波源，则谐波电压和谐波电流的参考方向为非关联参考方向，谐波电压超前谐波电流的相角差如下推算：

当P<0且Q<0时，有取功率因数绝对值的反余弦；

当P<0且Q>0时，有功率因数绝对值反余弦结果取负；

当P>0且Q<0时，有180°减去功率因数绝对值反余弦；

当P>0且Q>0时，有功率因数绝对值反余弦减去180°。

3.根据权利要求1所述的一种适合日常电能质量监测系统应用的主导谐波源追踪方法，其特征在于，根据双主导波动筛选规则为：

$\left\{\begin{array}{c}(\mathrm{\&Delta;}U-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{\&Delta;}U})/{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Delta;}U}>{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ (\mathrm{\&Delta;}I-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{\&Delta;}I})/{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Delta;}I}>{\mathrm{\&alpha;}}_2\end{array}\right.$

其中，μ_△U和σ_△U为谐波电压差△U的均值和标准差，μ_△I和σ_△I为谐波电流差△I的均值和标准差，α₁和α₂分别为△U和△I奈尔系数，取值为1～1.5，

用于计算等效谐波阻抗的公式为：

$Z_{eq}\&ap;\frac{U_h(i+1)\&angle;\mathrm{\&alpha;}(i+1)-U_h\left(i\right)\&angle;\mathrm{\&alpha;}\left(i\right)}{I_h(i+1)-I_h\left(i\right)}$

其中U_h(i)、I_h(i)和α(i)分别为监测点处第i组监测数据的谐波电压、谐波电流以及功率因数角；U_h(i+1)、I_h(i+1)和α(i+1)分别为监测点处第i+1组监测数据的谐波电压、谐波电流以及功率因数角，Z_eq即为监测点处等效谐波阻抗。