CN107576851A - 基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法，包括下列步骤：1)使用三相谐波电流发生器向系统依次注入各次谐波电流；2)以0.1°的步长改变所注入的谐波电流的相角，以获得一定数量的对应于不同相角谐波电流的谐波电压样本，筛选出其中的最大值和最小值，计算出系统的谐波阻抗；3)改变所注入的谐波电流的幅值，重复步骤1)和2)，以获得谐波阻抗的一个样本；4)基于谐波阻抗样本求出谐波阻抗的平均值，剔除掉样本中误差过大的点，重复步骤4)，直至误差满足精度要求。该方法能够适应因负载变动而造成的谐波阻抗变化和抑制背景谐波电压波动所带来的误差，从而能较精确地计算出各次谐波下的正序、负序和零序谐波阻抗。

Description

基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统谐波测量技术领域，具体涉及一种基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法，适用于对低压、高压带有三相不平衡的电网的各次正序、负序和零序谐波阻抗的精确测量。

背景技术

电力电子技术的飞速发展,使它在国民经济中得到了越来越广泛的应用,并且取得了巨大的社会效益和经济效益。但与此同时,电力电子技术及设备的应用也造成了电力系统的谐波污染,并且日益严重。谐波管理和谐波治理是电力系统谐波课题的两个主要内容。目前基于国标的谐波管理制度造成了谐波源用户缺乏谐波治理的主动性，定量确定谐波源污染责任是解决这一问题的关键。安装滤波器是谐波治理的一个主要方法，而滤波器在安装之前必须进行滤波器设计。无论是定量确定谐波源的污染责任还是滤波器设计，都需要准确估计系统谐波阻抗。

目前，系统的谐波阻抗参数是对系统进行谐波分析及稳定性分析的重要参数。如何准确获取系统的阻抗参数，得到了国内外学者的广泛研究。主要的阻抗测量方法分为非干扰式与干扰式两种。非干扰的方法是利用系统本身的电压、电流参数，通过数学计算统计方法，得到系统的谐波阻抗，如利用网络存在的谐波源测量系统的谐波阻抗以及测量谐波阻抗的频谱分析法等，但其测量过程需要大量的数据，适用范围及测量准确度亦有待提高。采用干扰的方法测量系统的谐波阻抗，是对系统注入一个电压扰动或者电流扰动，通过测量其相应的响应电流或者响应电压，代入相应算法中，测量系统的谐波阻抗。注入扰动源可以是系统已有的装置，如电容器，但其注入的扰动不可控。也可以采用一个专用的谐波发生器对系统注入一个波形、频率、幅值等均可控的扰动，测量的准确度大大提高。

这些方法的实质都是利用电网中系统运行点的改变人为发生的或自身产生的,对电压电流信号进行时频域的分析处理,得出网络等效阻抗的频率特性。但都或多或少存在一定的限制与瓶颈,目前为止还没能找到一种切实可行、简易通用的能够用于实际电网中的准确测量谐波阻抗的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法，1)使用三相谐波电流发生器向系统依次注入各次谐波电流；2)以0.1°的步长改变所注入的谐波电流的相角，以获得一定数量的对应于不同相角谐波电流的谐波电压样本，筛选出其中的最大值和最小值，计算出系统的谐波阻抗；3)改变所注入的谐波电流的幅值，重复步骤1)和2)，以获得谐波阻抗的一个样本；4)基于谐波阻抗样本求出谐波阻抗的平均值，剔除掉样本中误差过大的点，重复步骤4)，直至误差满足精度要求。该方法能够适应因负载变动而造成的的谐波阻抗变化和抑制背景谐波电压波动所带来的误差，从而能较精确地计算出各次谐波下的正序、负序和零序谐波阻抗。

为了实现上述目的，本发明所提出的方法是通过以下技术方案实现的，首先在阐述本发明的方法前，需要介绍所用到的模块：

1、三相谐波电流发生器。能够人为设置注入谐波的频率，向系统注入各次谐波电流，并且能够独立地发出某一次谐波下的正序、负序和零序谐波电流，可看作三相电流源。

2、精确测量系统。能够测量出线路某一点的电压和电流信号，并且能够做傅里叶和对称分量法分解，按照人为设置提取所需要的h次正序、负序和零序谐波电压和谐波电流。

3、数据处理模块。能够求取谐波阻抗的平均值，剔除掉误差较大的点，求解出一个满足精度要求的谐波阻抗。

根据电路原理，电网可以看成是三相电压源与三相系统阻抗的串联，如图1所示，且电网足够大，电网电压的幅值和频率不随外在因素的变化而变化，谐波电流发生器的接入点设为G1、G2、G3。

在接入三相谐波电流发生器之前，三相电压源开路，此时测得的G1、G2、G3点电压，即为电网内电势u_sa、u_sb和u_sc，对其做傅里叶分解，得

因此，提取所需要的h次电网三相谐波电压u_sah、u_sbh和u_sch，转化为相量形式和

由于三相谐波阻抗的测量和计算方法相同，以下以A相为例进行说明。

接入谐波电流发生器后，1)设置注入的A相谐波电流频率h*50，幅值为相角为0°；2)以0.1°的步长改变相角，旋转电流相量，并测量出对应的并网点G1、G2和G3的电压和3)筛选出A相谐波电压幅值的最大值和最小值如图2所示，按下式计算出A相系统阻抗

其中，为A相电网谐波电压的幅值；和分别为对应于和的A相谐波电流。

4)改变注入的谐波电流的幅值，设为如图3所示，重复步骤2)和3)，得出一系列的谐波阻抗值样本值

5)求出样本的平均值计算平均值与各样本值之间的误差_εi，剔除掉误差最大的样本点，重复步骤5)，直至前后两次谐波阻抗平均值之间的误差δ满足精度要求，得出系统阻抗。B、C相的测量方法同理。本发明的算法流程如图5所示。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、该测量方法能够适应因负载变动而造成的的谐波阻抗变化和抑制背景谐波电压波动所带来的误差，从而能较精确地计算出各次谐波下的正序、负序和零序谐波阻抗；

2、该测量方法较为简单，在数据量较多的情况下依然保持较快的测量速度；

3、该测量方法操作简单，投资成本低。

附图说明

图1是A、B、C三相谐波阻抗测量原理图；

图2是电流相量旋转的测量原理；

图3是电流相量幅值调整；

图4是三相系统的测量电气接线图；

图5是本发明谐波阻抗计算流程图；

图6是本发明的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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。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。

实施例

本实施例结合附图6对基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法进行详细说明，具体步骤如下：

S1、在并网点装上精确测量系统，但先不安装谐波电流发生器，此时，电路断开，精确测量系统测量得到的是A、B、C三相电网电压u_sa、u_sb、u_sc，精确测量系统做傅里叶分解后，人为设置只提取所需的第h次A、B、C三相谐波电压u_sah、u_sbh、u_sch，转化为相量形式和

S2、在并网点装上谐波电流发生器，并人为设置谐波电流的频率为基波的h倍，即ω_h＝h×ω₀，同时设置产生A、B、C三相谐波电流此时，谐波电流发生器能够根据指令的要求，发出频率为ω_h、相角为0°、幅值为的三相谐波电流

S3、精确测量系统提取得到对应于某一电流相角下的并网点三相谐波电压为转化为相量形式和

S4、改变注入谐波电流的相角，即旋转谐波电流矢量，重复步骤S3，直至电流矢量旋转一周。

S5、筛选出三相谐波电压幅值的最大值和最小值并结合对应的谐波电流，按照公式(2)计算出对应于该电流幅值下的三相系统谐波阻抗

S6、改变注入的谐波电流幅值，重复步骤S2～S5，以获得三相系统谐波阻抗的一个样本空间，

S7、将谐波阻抗样本输入到数据处理模块，数据处理将求取谐波阻抗的平均值并计算谐波阻抗平均值到个样本点的误差ε₁,ε₂,….ε_n，剔除掉误差最大的样本点，重新计算谐波阻抗的平均值判断与上一次值的误差，当误差不满足精度δ时，重复步骤S7，直至满足精度要求，输出三相系统的谐波阻抗R_sabch+jX_sabch。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

S1、在并网点通过精确测量系统测量得到电路断开状态下A、B、C三相电网电压u_sa、u_sb、u_sc，通过傅里叶分解后，人为设置只提取所需的第h次A、B、C三相谐波电压u_sah、u_sbh、u_sch，转化为相量形式和

S2、在并网点连接谐波电流发生器，并人为设置谐波电流的频率为基波的h倍，即ω_h＝h×ω₀，同时设置产生A、B、C三相谐波电流，此时，谐波电流发生器能够根据指令的要求，发出频率为ω_h、相角为0°、幅值为 的三相谐波电流

S3、通过精确测量系统提取得到对应于某一电流相角下的并网点三相谐波电压为转化为相量形式和

S4、改变注入的谐波电流的相角，即旋转谐波电流矢量，重复步骤S3，直至电流矢量旋转一周；

S5、筛选出三相谐波电压幅值的最大值和最小值 并结合对应的谐波电流，并结合对应的谐波电流，计算出对应于该电流幅值下的三相系统谐波阻抗

S6、改变注入的谐波电流的幅值，重复步骤S2～S5，以获得三相系统谐波阻抗的一个样本空间，

S7、将谐波阻抗样本输入到数据处理模块，数据处理模块求取谐波阻抗的平均值并计算谐波阻抗平均值到个样本点的误差ε₁,ε₂,….ε_n，剔除掉误差最大的样本点，重新计算谐波阻抗的平均值判断与上一次值的误差，当误差不满足精度δ时，重复步骤S7，直至满足精度要求，输出三相系统的谐波阻抗R_sabch+jX_sabch。

2.根据权利要求1所述的基于旋转电流相量的系统谐波阻抗测量方法，其特征在于，所述步骤S5中，筛选出三相谐波电压幅值的最大值 和最小值并结合对应的谐波电流，通过公式：

计算出对应于该电流幅值下的A相系统谐波阻抗B、C相系统阻抗按照相同的方法进行计算。其中,和为测量后筛选出的A相谐波电压幅值的最大值和最小值；为A为A相电网谐波电压幅值；和分别为对应于和的A相谐波电流。