CN109342815A - 一种变电站谐波源定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站谐波源定位方法与系统，包括：采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波的电压和电流的幅值及相角，基于所述各次谐波的电压和电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率，基于所述各次谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。本发明涉及一种变电站谐波源定位方法与系统，解决了传统电网谐波源定位理论性强，不便于实际工程应用和具体定位时又涉及监测设备配置复杂，不便于工程化的问题。

Description

一种变电站谐波源定位方法与系统

技术领域

本发明涉及一种电力自动化领域，具体涉及一种变电站谐波源定位方法与系统。

背景技术

电网谐波问题作为电能质量研究的一个核心问题，一直以来都是电网发展中关注的重点。随着智能电网的发展，电力电子装置等非线性元件被越来越多地用以改造或代替传统电力设备，同时也使得电网中非线性负荷日益增多，给电网带来了大量谐波信号。尤其是随着光伏、风电等新能源在变电站中并网接入，给当前电网带来了新的谐波影响，如何定位谐波源并确定谐波的走向并进行针对性的治理，是当前谐波源定位所迫切关注的领域。

随着大规模可再生能源开发利用和智能电网的发展，我国当前已建成世界上服务人口最多、覆盖范围最广、输电电压等级最高、容纳可再生能源最多的超大规模复杂互联电力系统，并在电源、电网和负荷各环节均呈现明显电力电子化特征，这也为电网注入了更多谐波和间谐波，为实现对电网谐波的快速定位并采取针对性的控制成为了当前研究的热点，并直接影响到新能源的可靠接入。

现阶段，谐波源定位方法很多，主要有以谐波功率为估计量的方法、以系统参数为估计量的方法、以负荷参数为估计量的方法和以谐波电压或者谐波电压为估计量的方法。这些传统研究为谐波源定位提供了指导和参考，但在具体工程应用中却遇到了困难：一方面，传统电网谐波源定位理论性强，不便于实际工程应用；另外一方面，可以实际应用的方法在具体应用时又涉及监测设备的大量配置，这不仅增加了设备配置的复杂程度，也增加了谐波源定位的成本，因此也不利于工程化应用。

发明内容

为解决上述传统电网谐波源定位理论性强，不便于实际工程应用和具体定位时又涉及监测设备配置复杂，不便于工程化的问题，本发明具体涉及一种变电站谐波源定位方法，所述方法包括：

采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波的电压和电流的幅值及相角；

基于所述各次谐波的电压和电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率；

基于所述各次谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。

优选的，所述支路的电压电流信号包括：模拟量电压电流信号或数字电压电流信号。

优选的，所述谐波的有功功率如下所示：

Ph＝Uh*Ih*cos(θu-θi)

所述谐波的无功功率如下所示：

Qh＝Uh*Ih*sin(θu-θi)

式中，Ph表示h次谐波的有功功率；Qh表示h次谐波的无功功率；Uh表示h次谐波的电压；Ih表示h次谐波的电流；θu表示h次谐波的电压相角；θi表示h次谐波电流的相角。

优选的，所述基于所述谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源包括：

当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位；

当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位。

优选的，所述当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位包括：

在Ph>0的情况下：

当|Ph|>＝|Qh|时，则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh>0且|Ph|/|Qh|小于预设比值时，则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh<0且Ph|/|Qh|小于预设比值时，则所述支路为所述谐波的谐波源；

在Ph<0的情况下：

当|Ph|>＝|Qh|时，则所述支路为所述谐波的谐波源；

当Qh>0，且|Ph|/|Qh|小于预设比值时，则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh<0,且|Ph|/|Qh|小于预设比值时，则所述支路为所述谐波的谐波源；

其中：Ph表示h次谐波的有功功率；Qh表示h次谐波的无功功率。

优选的，所述当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位包括：

当Ph<0时，基于有功功率和无功功率确定谐波源；

当Ph＝0时，谐波源不存在；

当Ph>0时，对谐波进行标记排序处理，并基于所述标记排序处理后的谐波进行谐波源定位。

优选的，所述当谐波的Ph<0时，基于有功功率和无功功率确定谐波源包括：

当|Ph|>＝|Qh|，则所述支路为所述谐波的谐波源；

当Qh>0且|Ph|/|Qh|小于预设比值时,则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh<0且|Ph|/|Qh|小于预设比值时,则所述支路为所述谐波的谐波源。

优选的，所述当Ph>0时，对谐波进行标记排序处理，并基于所述标记排序处理后的谐波进行谐波源定位包括：

将没有找到谐波源的谐波所在支路设定为待定支路；

分别对待定支路进行编号、对每个待定支路中的谐波和所述谐波对应的功率进行标记；

统计所述待定支路的数量和各待定支路中不同标记谐波出现的次数；

按照所述标记谐波出现次数的多少对标记谐波进行排序；

基于对所述标记谐波的排序，优先对出现次数多的标记谐波进行谐波源定位。

优选的，所述优先对出现次数多的标记谐波进行谐波源定位包括：

若出现次数多的标记谐波为h时，统计所有待定支路的数量和所述标记谐波h出现的次数；

当所述标记谐波h出现的次数和所述待定支路的数量相同时，所述标记谐波h的谐波源是电网；

否则，基于所述待定支路中标记谐波h的有功功率再进行分析确定谐波源。

优选的，所述基于所述待定支路中标记谐波h的有功功率再进行分析确定谐波源包括：

分析所述待定支路中标记谐波h的有功功率值与其它各个待定支路中标记谐波h的有功功率之比；

当所述待定支路中标记谐波h的有功功率与其它各待定支路中标记谐波h的有功功率之比大于预设的阀值M时，则所述待定支路为所述标记谐波h的谐波源。

一种变电站谐波源定位系统，包括：

幅值及相角计算模块：用于采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波电压和各次谐波电流的幅值及相角；

功率计算模块：用于基于所述各次谐波电压和各次谐波电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率；

确定模块：用于基于所述谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。

优选的，所述确定模块包括分析单元；

所述分析单元用于当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位；

当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位。

与最接近的现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

1、本发明涉及一种变电站谐波源定位方法与系统，采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波的电压和电流的幅值及相角，基于所述各次谐波的电压和电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率，基于所述各次谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源，解决了传统电网谐波源定位理论性强，不便于实际工程应用和具体定位时又涉及监测设备配置复杂，不便于工程化的问题；

2、本发明涉及一种变电站谐波源定位方法与系统，该方法为变电站内谐波源定位的工程化方法，综合有功功率和无功功率定位的特性，具体工程应用中高效、便捷，能够快速定位变电站内各次谐波的谐波源。

3、本发明涉及一种变电站谐波源定位方法与系统，该方法无须监测设备的复杂配置和广泛部署，定位方法简单快捷，可操作性强，能够快速定位变电站内部的谐波源，工程化应用效果显著，该方法也同样适用于间谐波源的定位。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的工程化的谐波源定位方法流程图；

图3为本发明的多支路谐波源定位的电网结构示意图。

具体实施例

图3所示为本发明涉及的电网多支路谐波源定位的电网结构示意图，下面结合所述电网结构示意图和具体的实施例对权利要求做进一步的解释说明：

实施例1

如图1所示的一种变电站谐波源定位方法，包括以下三个步骤：

步骤1：采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波的电压和电流的幅值及相角；

步骤2：基于所述电压和电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率；

步骤3：基于所述谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。

下面结合详细的实施例对上述步骤做详细的解释说明：

对步骤1的解释说明如下：

如图2所示，首先将变压器同一电压等级下母线电压、电流信号以及与母线连接的各支路的电流信号统一接入并同步采集，然后计算出电压、电流的基波和谐波的幅值与相角。若谐波次数为1，则为基波信号。

对步骤2的解释如下：

如图2所示，并由此计算各支路各次谐波的有功功率和无功功率，此时以电压和电流的相角差作为其功率计算的依据。总体上以电流流出电网为正，流入电网为负，并由此来判断谐波功率的方向。对于电压电流信号的采集，可分为模拟量采集和数字量采集两种方式。对于模拟量采集，即传统电磁式电压互感器和电流互感器的二次信号接入相应的测量装置获取外部信号；对于数字量采集方式，即通过接收各间隔的SV采样报文来获取电压电流信号，该方式仅需要通过网络端口即可接收。

对步骤3的解释如下：

对单个支路的谐波源进行定位。此时对于变压器同一电压等级的母线，相当于仅接入了一个支路。此时根据计算出的各次谐波的有功功率和无功功率值进行计算分析。

1)若h次谐波有功功率值Ph>0，谐波源定位方法如下：

当|Ph|>＝|Qh|则诊断电网为该h次谐波的谐波源；当h次谐波无功功率Qh>0，且|Ph|/|Qh|小于预设比值k，则诊断电网为该h次谐波的谐波源；当Qh<0，且Ph|/|Qh|小于预设比值k,则表明该负荷为该h次谐波的谐波源；

2)若h次谐波有功功率值Ph<0，谐波源定位方法如下：

当|Ph|>＝|Qh|则诊断该负荷为该h次谐波的谐波源；当h次谐波的无功功率Qh>0，且|Ph|/|Qh|小于预设比值k,则诊断电网为该h次谐波的谐波源；当当h次谐波的无功功率Qh<0,且|Ph|/|Qh|小于预设比值k，则诊断负荷则为该h次谐波的谐波源。

对多个支路的谐波源进行定位。

对于上述多支路的谐波是按照支路顺序逐一判断的。针对每一个支路，计算其各次谐波的视在功率按照视在功率的大小将与之对应谐波进行排序，按照从大到小的顺序对各次谐波的谐波源进行定位。

1)对多个支路内各次谐波的有功功率分析，若某一支路h次谐波有功功率Ph<0，则采用以下判断方法：

当|Ph|>＝|Qh|则表明该负荷为该h次谐波频段的谐波源；当h次谐波无功功率Qh>0，且|Ph|/|Qh|小于预设比值k,则诊断为电网为该h次谐波频段的谐波源；当h次谐波无功功率Qh<0，且|Ph|/|Qh|小于预设比值k,则表明该支路负荷为该h次频段的谐波源。此种情况下可以获悉对于某频段的谐波会存在多个谐波源。

若h次谐波有功功率值Ph＝0，则表明该电网和该支路均不存在该谐波。

若h次谐波有功功率值Ph>0，则表明该电网为该h次谐波频段的谐波源或者某一间隔的负荷为该h次谐波的谐波源。标记该谐波频段h和功率Ph，将该间隔设置为待定间隔。并按照待定间隔编号、待定的谐波频段h和该待定谐波频段h对应的功率Ph来分别记录。

2)统计分析所有待定间隔的数量，对各待定间隔统计谐波频段h出现的次数，对不同的谐波频段按照出现次数的大小对标记频段进行排序。优先对出现次数多的谐波频段进行分析定位。

若某一谐波频段h出现的次数和待定间隔数量相同，则诊断为电网为h次谐波的谐波源；

若某一谐波频段h出现的次数和总间隔数量不相同，则再对比分析未标记间隔的h次谐波有功功率值，若未标记间隔的h次谐波有功功率与各个标记间隔的h次谐波功率之比大于预设的阀值M，则认为该标记间隔h。

实施例2

本发明还涉及一种变电站谐波源定位系统，包括：

幅值及相角计算模块：用于采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波电压和各次谐波电流的幅值及相角；

功率计算模块：用于基于所述各次谐波电压和各次谐波电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率；

确定模块：用于基于所述谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。

所述确定模块包括分析单元；

所述分析单元用于当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位；

当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波的电压和电流的幅值及相角；

基于所述各次谐波的电压和电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率；

基于所述各次谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。

2.如权利要求1所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述支路的电压电流信号包括：模拟量电压电流信号或数字电压电流信号。

3.如权利要求1所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述谐波的有功功率如下所示：

Ph＝Uh*Ih*cos(θu-θi)

所述谐波的无功功率如下所示：

Qh＝Uh*Ih*sin(θu-θi)

式中，Ph表示h次谐波的有功功率；Qh表示h次谐波的无功功率；Uh表示h次谐波的电压；Ih表示h次谐波的电流；θu表示h次谐波的电压相角；θi表示h次谐波电流的相角。

4.如权利要求1所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述基于所述谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源包括：

当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位；

当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位。

5.如权利要求4所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位包括：

在Ph>0的情况下：

当|Ph|>＝|Qh|时，则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh>0且|Ph|/|Qh|小于预设比值时，则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh<0且Ph|/|Qh|小于预设比值时，则所述支路为所述谐波的谐波源；

在Ph<0的情况下：

当|Ph|>＝|Qh|时，则所述支路为所述谐波的谐波源；

当Qh>0，且|Ph|/|Qh|小于预设比值时，则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh<0,且|Ph|/|Qh|小于预设比值时，则所述支路为所述谐波的谐波源；

其中：Ph表示h次谐波的有功功率；Qh表示h次谐波的无功功率。

6.如权利要求4所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位包括：

当Ph<0时，基于有功功率和无功功率确定谐波源；

当Ph＝0时，谐波源不存在；

当Ph>0时，对谐波进行标记排序处理，并基于所述标记排序处理后的谐波进行谐波源定位。

7.如权利要求6所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述当谐波的Ph<0时，基于有功功率和无功功率确定谐波源包括：

当|Ph|>＝|Qh|，则所述支路为所述谐波的谐波源；

当Qh>0且|Ph|/|Qh|小于预设比值时,则电网为所述谐波的谐波源；

当Qh<0且|Ph|/|Qh|小于预设比值时,则所述支路为所述谐波的谐波源。

8.如权利要求6所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述当Ph>0时，对谐波进行标记排序处理，并基于所述标记排序处理后的谐波进行谐波源定位包括：

将没有找到谐波源的谐波所在支路设定为待定支路；

分别对待定支路进行编号、对每个待定支路中的谐波和所述谐波对应的功率进行标记；

统计所述待定支路的数量和各待定支路中不同标记谐波出现的次数；

按照所述标记谐波出现次数的多少对标记谐波进行排序；

基于对所述标记谐波的排序，优先对出现次数多的标记谐波进行谐波源定位。

9.如权利要求8所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述优先对出现次数多的标记谐波进行谐波源定位包括：

若出现次数多的标记谐波为h时，统计所有待定支路的数量和所述标记谐波h出现的次数；

当所述标记谐波h出现的次数和所述待定支路的数量相同时，所述标记谐波h的谐波源是电网；

否则，基于所述待定支路中标记谐波h的有功功率再进行分析确定谐波源。

10.如权利要求9所述的一种变电站谐波源定位方法，其特征在于，所述基于所述待定支路中标记谐波h的有功功率再进行分析确定谐波源包括：

分析所述待定支路中标记谐波h的有功功率值与其它各个待定支路中标记谐波h的有功功率之比；

当所述待定支路中标记谐波h的有功功率与其它各待定支路中标记谐波h的有功功率之比大于预设的阀值M时，则所述待定支路为所述标记谐波h的谐波源。

11.一种变电站谐波源定位系统，其特征在于，包括：

幅值及相角计算模块：用于采用傅里叶算法对支路的电压电流信号进行计算，得到所述支路各次谐波电压和各次谐波电流的幅值及相角；

功率计算模块：用于基于所述各次谐波电压和各次谐波电流的幅值和相角，计算所述支路的各间隔内各次谐波的有功功率和无功功率；

确定模块：用于基于所述谐波的有功功率和无功功率确定所述谐波的谐波源。

12.如权利要求11所述的一种变电站谐波源定位系统，其特征在于，所述确定模块包括分析单元；

所述分析单元用于当所述支路的数量为1时，基于所述谐波的有功功率和无功功率对谐波的谐波源进行定位；

当所述支路的数量大于1时，计算各支路中各谐波的视在功率，按照所述视在功率的大小对各谐波进行排序，对所述排序后的谐波进行谐波源定位。