CN110007142A - 一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，包括以下步骤，步骤一，利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值相等、频率不同的载波电压信号；步骤二，利用电流互感器检测变压器低压侧的电流信号I(t)；步骤三，根据滑动DFT算法，提取出测量电流信号中频率不同的电流谐波；步骤四，根据不同频率电流谐波幅值的大小，来确定谐振点。此方法实现简单，只需测量变压器低压侧的电流信号，同时，也只需利用滑动DTF算法对测量的电流信号进行谐波分析，计算量小，所需计算资源较少，可实现对谐振点的实时在线检测，具有很好的工程应用前景。

Description

一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法
技术领域
本发明涉及配电网自动化系统领域，涉及一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法。
背景技术
随着社会经济的发展，各行各业对电力系统的供电质量以及供电可靠性提出了越来越高的要求，良好的电能质量和供电可靠性是保证电网及用电设备安全、稳定、经济运行的重要保障。为了提高系统的电能质量，通常是往电力系统中投切电容器组，以此来提高系统的线路电压，降低线路损耗，提高系统的电能质量。但是由于一些电弧炉、电焊以及一些家用电器设备的使用，使电力系统中存在大量的谐波源，可能会导致系统与投切的电容器形成并联谐振，放大谐振电流，超过了补偿电容的额定电流，从而烧毁补偿电容等一些用电设备，甚至引起爆炸，威胁操作人员的生命安全。因此，能够准确检测出电力系统的谐振点，对谐波源的治理以及电容器组的投切意义都很重大。
目前，对于电力系统谐振点检测常用的方法就是使用专门的检测设备，但是此类设备价格较为昂贵，操作比较复杂，不能实时的对谐振点进行检测。当检测到所需的电压电流数据后，还要上传到主站来进行分析，另外，当系统中的非线性负载发生变化导致谐振点也发生变化时，此类设备不能实时跟踪谐振点的变换，对谐振点的检测具有一定的时间滞后性。因此，需要发展一种实现简单、能够实时对谐振点进行检测的方法。
发明内容
本发明针对上述问题，克服现有技术的不足，提出一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，该方法利用滑动DFT算法提取的不同频率电流谐波幅值的大小来对谐振点进行检测。
该方法实现简单，只需测量变压器低压侧的电流信号，操作简单，同时，只需提取出电流信号中的谐波电流，计算量小，可实现对谐振点的实时在线检测，具有很好的工程应用前景。
本发明通过比较不同频率的电流谐波幅值大小来对系统的谐振点进行检测。该方法首先利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值相等、频率不同的载波电压信号，同时利用电流互感器检测变压器低压侧的电流信号，然后根据滑动DFT算法提取出测量电流信号中频率不同的电流谐波，最后根据不同频率电流谐波幅值的大小来确定谐振点。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，包括以下步骤，
步骤一，利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值相等、频率不同的载波电压信号。
步骤二，利用电流互感器检测变压器低压侧的电流信号I(t)。
步骤三，根据滑动DFT算法，提取出测量电流信号中频率不同的电流谐波。
步骤四，根据不同频率电流谐波幅值的大小，来确定谐振点。
进一步地，步骤三中的滑动DFT算法的公式为，
其中，ak为第k次电流谐波的实部，bk为第k次电流谐波的虚部，k为电流谐波次数，N为工频周波的采样点数，T＝20ms。
进一步地，步骤四中的根据不同频率电流谐波幅值的大小来确定谐振点的原则为，越靠近谐振点，电流谐波幅值越大，选取电流谐波幅值最大时的频率作为谐振点的频率。其原理为，当系统发生谐振时，整个系统的等效电阻达到最大，由于注入设备是一个电压源，因此，系统的电流达到最小，也即发生谐振时，系统的总电流最小。
进一步地，步骤一中频率范围在1K～5KHz之间。
进一步地，步骤一中幅值范围在5～15V之间。
本发明的有益效果是：本发明一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，根据提取的不同频率电流谐波幅值的大小来对谐振点进行检测，此方法只需测量变压器低压侧的电流信号，同时，也只需利用滑动DFT算法对测量的电流信号进行谐波分析，计算量小，所需资源较少，可以实现对谐振点的实时在线检测。
附图说明
图1为本发明基于电流谐波幅值的谐振点检测方法总体流程图。
图2为本发明注入11次低频载波电压信号时变压器低压侧电流测量信号波形。
图3为本发明注入22次低频载波电压信号时变压器低压侧电流测量信号波形。
图4为本发明注入25次低频载波电压信号时变压器低压侧电流测量信号波形。
图5为本发明注入59次低频载波电压信号时变压器低压侧电流测量信号波形。
图6为本发明提取的变压器低压侧电流信号中的11次谐波波形。
图7为本发明提取的变压器低压侧电流信号中的22次谐波波形。
图8为本发明提取的变压器低压侧电流信号中的25次谐波波形。
图9为本发明提取的变压器低压侧电流信号中的59次谐波波形。
图10为本发明提取的补偿电容产生的11次谐波电流波形。
图11为本发明提取的补偿电容产生的22次谐波电流波形。
图12为本发明提取的补偿电容产生的25次谐波电流波形。
图13为本发明提取的补偿电容产生的59次谐波电流波形。
其中图2～图13中，横坐标代表采样点，纵坐标代表提取信号的幅值，单位为A。
具体实施方式
下面结合附图1-13和实施例对本发明作进一步的说明，以具体阐述本发明的技术方案。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
结合附图1，本发明的一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，包括以下步骤，
步骤一，利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值为15V、频率分别为11、22、25、59次的载波电压信号。
步骤二，利用电流互感器检测变压器低压侧的电流信号I(t)，其波形如图2～图5所示。
步骤三，根据滑动DFT算法，提取出测量电流信号中的11、22、25、59次谐波信号，其波形分别如图6～图9所示，滑动DFT算法的公式为，
其中，ak为第k次电流谐波的实部，bk为第k次电流谐波的虚部，N为工频周波的采样点数，
N＝6250，k为提取的电流谐波次数，k＝11,22,25,59，T＝20ms。
步骤四，根据提取的11、22、25、59次电流谐波幅值的大小，来确定谐振点，11、22、25、59次电流谐波幅值分别为，根据电流谐波幅值大小确定谐振点的原则，通过比较发现，这四种频率中第25次电流谐波幅值最大，因此第25次谐波最靠近谐振点，可以确定第25次谐波位于谐振点频率附近。
本实施例中：利用现场的实际数据对该方法进行了测试验证。本发明根据电流谐波幅值的大小确定了第25次谐波在谐振点频率附近，同时根据图10～图13可知，当分别注入11、22、25、59次低频载波电压信号时，补偿电容产生的11、22、25、59次电流谐波幅值分别为1.82A、16.38A、22.78A、8.90A，由此可见，注入第25次低频载波电压信号时，补偿电容产生的电流谐波幅值最大，据此可以判定在第25次谐波频率附近补偿电容发生了谐振，基于补偿电容电流大小的判断结果与本发明的判断结果一致，从而也进一步验证了本发明所提出的方法的可行性。由于对系统进行谐振点检测时，当发现某次谐波位于谐振点附近时，为了避免引起系统的谐振，会跳过这个谐波附近的一段频率范围，因此最终会检测出谐振点位于某一段频率范围内。
本发明步骤一中频率范围在1K～5KHz之间，可以是1KHz、5KHz或1K～5KHz之间的任意数值，并不限于实施例所给出的数值。步骤一中幅值范围在5～15V之间，可以是5V、15V或5～15V之间的任意数值，并不限于实施例所给出的数值。
综上所述，本发明提出一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，首先利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值相等、频率不同的载波电压信号，同时利用电流互感器检测变压器低压侧的电流信号，然后根据滑动DFT算法提取出测量电流信号中频率不同的电流谐波，最后根据不同频率电流谐波幅值的大小来确定谐振点。此方法实现简单，只需测量变压器低压侧的电流信号，同时，也只需利用滑动DTF算法对测量的电流信号进行谐波分析，计算量小，所需计算资源较少，可实现对谐振点的实时在线检测，具有很好的工程应用前景。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值相等、频率不同的载波电压信号；
步骤二，利用电流互感器检测变压器低压侧的电流信号I(t)；
步骤三，根据滑动DFT算法，提取出测量电流信号中频率不同的电流谐波；
步骤四，根据不同频率电流谐波幅值的大小，来确定谐振点。
2.根据权利要求1所述的一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，其特征在于：步骤三中根据滑动DFT算法提取出测量电流信号中频率不同的电流谐波，其中滑动DFT算法的公式为，
其中，ak为第k次电流谐波的实部，bk为第k次电流谐波的虚部，k为电流谐波次数，N为工频周波的采样点数，T＝20ms。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电流谐波幅值的谐振点检测方法，其特征在于：步骤四中根据不同频率电流谐波幅值的大小来确定谐振点的原则为，越靠近谐振点，电流谐波幅值越大，选取电流谐波幅值最大时的频率作为谐振点的频率。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于电压电流谐波相位的谐振点检测方法，其特征在于：步骤一中频率范围在1K～5KHz之间。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于电压电流谐波相位的谐振点检测方法，其特征在于：步骤一中幅值范围在5～15V之间。
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