CN107064633B - 城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法 - Google Patents

城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法，涉及轨道交通负荷谐波电流迭加技术领域，针对GB/T 14549‑93标准中给定的谐波电流迭加系数Kh不能完全反映城市轨道交通负荷谐波电流发射特性的技术问题，采用谐波测试仪器对需要进行谐波迭加的线路进行波形记录，然后通过时域或频域合成方法得到对应的h次总谐波电流有效值数组Ih[n]，接着计算迭加线路的h次谐波电流有效值数组IhA[n]、IhB[n]，再计算谐波电流迭加系数数组K h [n]，最后对K h [n]进行数据统计得到正态分布特征参数并确定迭加系数K h 的取值，本发明能够有效提升城市轨道交通负荷不同馈线之间同次谐波电流迭加的精度，从而提升城市轨道交通负荷谐波电流发生量估算的准确度。

Description

城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法
技术领域
本发明涉及轨道交通负荷谐波电流迭加技术领域，特别涉及一种城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法。
背景技术
随着配电网和电力电子技术的快速发展，配电网中基于电力电子器件的非线性负荷比重逐渐增大，在对配电网造成谐波污染的同时，对配电网中的谐波含量愈加敏感。谐波不仅会造成额外的功率损耗，还会降低设备的使用寿命，甚至造成电力电子变流装置的控制紊乱，对配电网及电力设备运行的安全性和经济性造成严重的影响。因此，在电能质量技术领域，谐波问题引起了电力公司、电力用户以及科研机构等的广泛关注。城市轨道交通负荷的牵引变流器以及降压站的照明、电梯、空调等设备均是典型的谐波污染源，随着城市轨道交通运营里程的快速增加，其给人们出行带来便捷的同时，也对城市电网造成了谐波污染。
不同谐波源的谐波电流迭加是配电网谐波预评估和谐波治理中常见的计算，迭加的准确性直接影响到谐波预评估或滤波器容量选择的结果。目前，谐波迭加方法，主要采用GB/T14549-93提供的谐波源相位角不确定时的谐波电流迭加方法，该方法采用确定的迭加系数Kh对不同类型的谐波源进行迭加。但由于不同类型谐波源的拓扑结构、负荷参数以及运行工况等不尽相同，其谐波电流发射特性也有所区别。因此，需要提出一种谐波电流迭加系数确定方法，确定适用于城市轨道交通负荷的谐波电流迭加系数Kh。
发明内容
本发明提供一种城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法，用以解决GB/T14549-93标准中给定的谐波电流迭加系数Kh不能完全反映城市轨道交通负荷谐波电流发射特性的技术问题。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：
一种城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法，包括以下步骤：
S1、选择具有多通道同步测试和波形录波功能的谐波测试仪器对需要进行谐波迭加的谐波源负荷配电线路进行波形记录；
所述波形记录包括：通过电流互感器将A路和B路所述谐波源负荷配电线路的电流信号接入所述谐波测试仪器，然后进行所述电流信号波形记录，波形记录时间不少于1h；
S2、根据步骤S1同步测量的A路和B路谐波源负荷配电线路的电流波形数据，通过时域或频域合成方法，得到A路和B路谐波源负荷电流迭加后不同时刻对应的h次总谐波电流有效值数组Ih[n]，同时，计算A路和B路谐波源负荷配电线路对应时刻的h次谐波电流有效值数组IhA[n]、IhB[n]；
S3、根据步骤S2计算的A路和B路谐波源负荷配电线路h次谐波电流有效值数组IhA[n]和IhB[n]，以及迭加后的h次总谐波电流有效值数据Ih[n]，计算不同时刻对应的谐波电流迭加系数数组Kh[n]；
S4、对步骤S3计算的谐波迭加系数数组Kh[n]进行数据统计，得到谐波电流迭加系数数组Kh[n]的正态分布特征参数，确定谐波电流的迭加系数Kh的取值。
所述步骤S4中谐波迭加系数数组Kh[n]的正态分布特征参数计算如下：
总体均数(期望)：其中μKh是数组Kh[n]的总体均数，是数组Kh[n]的总体均数，pn是数组Kh[n]每个取值出现的概率，N是数组Kh[n]中数据长度；
总体方差：其中是数组Kh[n]的总体方差；
标准差：其中σKh是数组Kh[n]的标准差；
根据总体均数(期望)和总体方差，确定Kh[n]正态分布的概率密度函数，如下：
其中f(Kh[n])是数组Kh[n]的概率密度函数，Kh[n]取值范围为-2≤Kh[n]≤2；
将谐波电流迭加系数正态变量(其中表示数组Kh[n]服从期望为μKh、总体方差为的正态分布)经过标准化变换，得到标准正态分布u～N(0,1)，其中：
通过查找标准正态分布表，得到标准正态分布的双侧95％置信区间为[-1.961.96]，即能推算出谐波电流迭加系数的95％置信区间为μKh-1.96σKh≤Kh[n]≤μKh+1.96σKh。
所述谐波电流迭加系数Kh[n]取值范围在95％置信区间内，但考虑到一般性，建议谐波电流迭加系数取总体均值，即Kh＝μKh。
本发明是是针对GB/T 14549-93标准中给定的谐波电流迭加系数Kh不能完全反映城市轨道交通负荷谐波电流发射特性的问题，提出的一种针对城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法，能够有效提升城市轨道交通负荷不同馈线之间的同次谐波电流迭加的精度，从而提升城市轨道交通负荷谐波电流发生量估算的准确度，为城市轨道交通负荷接入电网以及谐波治理提供准确的基础数据。
附图说明
图1为本发明的实施流程图；
图2为110kVI段、110kVII段以及合成后的110kVI段+110kVII段负荷电流A相5次谐波电流有效值变化趋势图；
图3 110kVI段和110kVII段负荷谐波电流迭加系数变化趋势图；
图4 110kVI段和110kVII段负荷谐波电流迭加系数频数直方图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明基于不同谐波源的同步测试数据确定城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数的方法，其较佳的具体实施方式包括步骤：
(1)谐波测试仪器应具备多通道同步测试和波形录波的功能。
为了实现不同谐波源负荷同步测试的需求，谐波测试仪应具有多通道同步测试的功能，采用同步采集卡实现各输入通道单独采样，采样频率应满足最高次谐波测量的需求(即满足采样定理)；
为了实现不同谐波源之间的相量迭加(频域)或波形迭加(时域)，谐波测试仪器应具有波形录波的功能。
(2)根据谐波源迭加需求设置谐波测试点，并确保测试时间满足计算需求。选择需要进行谐波迭加的A和B谐波源负荷配电线路，通过电流互感器将待测线路的电流信号接入多通道同步谐波测试仪，进行电流波形记录，波形记录时间不少于1小时。
对于中高压系统，考虑到测试的安全性，可通过钳式电流互感器取待测线路的计量或测量CT二次系统的电流信号；
对于低压系统，可通过柔性电流互感器直接取待测线路中一次系统的电流信号，以减少一次系统计量或测量CT的测量误差。
(3)根据同步测量的A和B谐波源负荷配电线路的电流波形数据，合成得到A和B谐波源负荷电流迭加后不同时刻对应的h次总谐波电流有效值数组Ih[n]。同时，计算A和B谐波源负荷配电线路对应时刻的h次谐波电流有效值数组IhA[n]、IhB[n]。为了保证数据统计的准确性，数组长度应不小于1000个数据。
对于多通道同步谐波测试仪同步测试的A和B谐波源负荷的谐波电流，可采用时域和频率两种方式计算谐波电流的合成值。
对于时域计算方法，将A和B谐波源负荷的电流波形直接在时域进行相加，得到合成后的总电流波形，对总电流波形进行FFT分析，直接得到合成后的h次总谐波电流有效值；
对于频域计算方法，将A和B谐波源负荷的电流波形进行FFT分析，分别得到A和B谐波源负荷h次谐波电流的幅值和相位，通过相量迭加得到合成后的h次总谐波电流有效值。
(4)根据计算的A和B谐波源负荷配电线路h次谐波电流有效值数组IhA[n]和IhB[n]，以及迭加后的h次总谐波电流有效值数组Ih[n]，计算不同时刻对应的谐波电流迭加系数数组Kh[n]，计算公式如下：
(5)对计算的谐波迭加系数数组Kh[n]进行数理统计，得到谐波电流迭加系数数组Kh[n]的总体均数、方差和95％置信区间，确定谐波电流迭加系数的取值。计算如下：
总体均数：
总体方差：
标准差：
根据总体均数和总体方差，确定Kh[n]数组正态分布概率密度函数：
其中：Kh[n]取值范围为-2≤Kh[n]≤2。
将谐波电流迭加系数正态变量经过标准化变换，得到标准正态分布u～N(0,1)，其中：
通过查找标准正态分布表，得到标准正态分布的双侧95％置信区间为[-1.961.96]，即则可推算出谐波电流迭加系数的95％置信区间为μKh-1.96σKh≤Kh[n]≤μKh+1.96σKh。
在实际应用过程中，谐波电流迭加系数取值范围在95％置信区间内，但考虑到一般性，建议谐波电流迭加系数取总体均值，即Kh＝μKh。
为了更好的介绍本发明，以下通过一具体的实例进行详细说明：
某城市轨道交通负荷110kV变电站有两路110kV进线，为了确定两条110kV总进线的谐波电流迭加系数，具体实施步骤如下：
(1)由于需要进行谐波迭加的线路只有两路(每路有ABC三相电流)，同时为了通过电压信息进行频率跟踪，因此谐波测试仪器应至少具有12个同步采样通道(其中包括6个电压通道和6个电流通道)，并具有电流波形录波功能。实际测试选用具有6个电压通道和6个电流通道、单通道采样频率为12.8kHz的谐波测试仪器，最高可分析出128次谐波电流。为了保证波形数据记录的时间不少于1个小时(3600秒)，测试仪器的存储空间不少于1055MB(每个数据占2个字节)。如果测试时间增加，相应的存储容量也要增加。存储容量的计算过程如下：
(2)由于两条110kV进线，均安装有计量电表，可通过钳式电流互感器取两条110kV线路计量电表上的二次电压和电流信号，设置好电压和电流的变比，进行波形记录，本例中测试时间为2小时。
(3)根据同步测量的110kVI段和110kVII段谐波源负荷线路的电流波形数据，通过时域相加的方法合成得到110kVI段+110kVII段总负荷的电流波形，对2小时的电流波形(110kVI段进线、110kVII段进线、合成的110kVI段+110kVII段进线)进行FFT计算，FFT窗口长度选10周波，分析间隔取1秒，则计算出的每条线路h次谐波电流有效值数组长度可达7200个，分别记为IhA[n]、IhB[n]和Ih[n]。110kVI段进线、110kVII段进线以及合成的110kVI段+110kVII段进线5次谐波电流变化趋势如图2所示。
(4)根据计算的110kVI段和110kVII段谐波源负荷线路h次谐波电流有效值数组IhA[n]和IhB[n]，以及迭加后的h次总谐波电流有效值数据Ih[n]，计算不同时刻对应的谐波电流迭加系数数组Kh[n]，计算公式如下：
计算得到的各谐波电流迭加系数的趋势如图3所示。
(5)对计算的谐波迭加系数Kh[n]数组进行数理统计(见图4)，得到Kh[n]数据的总体均数和方差，确定Kh[n]正态分布的概率密度函数，计算其95％置信区间。
总体均值和方差计算方法如下：
总体均数：
总体方差：
标准差：
根据总体均数和总体方差，确定Kh[n]正态分布的概率密度函数，如下：
其中：取值范围为-2≤Kh[n]≤2。
将谐波电流迭加系数正态变量经过标准化变换，得到标准正态分布u～N(0,1)，其中：
通过查找标准正态分布表，得到标准正态分布的双侧95％置信区间为[-1.961.96]，即则可推算出谐波电流迭加系数的95％置信区间为μKh-1.96σKh≤Kh[n]≤μKh+1.96σKh，即Kh[n]的95％置信区间为[1.8774 1.9872]。
可见，对于城市轨道交通负荷，其110kV 5次谐波电流迭加系数的95％置信区间在[1.87741.9872]范围内，总体均值为1.9323。由于5次谐波电流迭加系数的95％置信区间范围较小，在实际应用过程中，谐波电流迭加系数可取95％置信区间中的任何一个值，但考虑到一般性，建议谐波电流迭加系数取均值，即Kh＝1.9323。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种城市轨道交通负荷谐波电流迭加系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择具有多通道同步测试和波形录波功能的谐波测试仪器对需要进行谐波迭加的谐波源负荷配电线路进行波形记录；
所述波形记录包括：通过电流互感器将A路和B路所述谐波源负荷配电线路的电流信号接入所述谐波测试仪器，然后进行所述电流信号波形记录，波形记录时间不少于1h；
S2、根据步骤S1同步测量的A路和B路谐波源负荷配电线路的电流波形数据，通过时域或频域合成方法，得到A路和B路谐波源负荷电流迭加后不同时刻对应的h次总谐波电流有效值数组Ih[n]，同时，计算A路和B路谐波源负荷配电线路对应时刻的h次谐波电流有效值数组IhA[n]、IhB[n]；
S3、根据步骤S2计算的A路和B路谐波源负荷配电线路h次谐波电流有效值数组IhA[n]和IhB[n]，以及迭加后的h次总谐波电流有效值数据Ih[n]，计算不同时刻对应的谐波电流迭加系数数组Kh[n]；
计算不同时刻对应的谐波电流迭加系数数组Kh[n]，计算公式如下：
S4、对步骤S3计算的谐波迭加系数数组Kh[n]进行数据统计，得到谐波电流迭加系数数组Kh[n]的正态分布特征参数，确定谐波电流的迭加系数Kh的取值；
所述步骤S4中谐波迭加系数数组Kh[n]的正态分布特征参数计算如下：
总体均数：其中μKh是数组Kh[n]的总体均数，是数组Kh[n]的总体均数，pn是数组Kh[n]每个取值出现的概率，N是数组Kh[n]中数据长度；
总体方差：其中是数组Kh[n]的总体方差；
标准差：其中σKh是数组Kh[n]的标准差；
根据总体均数和总体方差，确定Kh[n]正态分布的概率密度函数，如下：
其中f(Kh[n])是数组Kh[n]的概率密度函数，Kh[n]取值范围为-2≤Kh[n]≤2；
将谐波电流迭加系数正态变量经过标准化变换，得到标准正态分布u～N(0,1)，其中：
通过查找标准正态分布表，得到标准正态分布的双侧95％置信区间为[-1.96 1.96]，即能推算出谐波电流迭加系数的95％置信区间为μKh-1.96σKh≤Kh[n]≤μKh+1.96σKh。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述谐波电流迭加系数Kh[n]取值范围在95％置信区间内，谐波电流迭加系数取总体均数，即Kh＝μKh。
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