CN110007143A - 一种基于电压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压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、频率不同的载波电流信号；步骤二，检测变压器低压侧总支路的电压信号U(t)；步骤三，根据滑动DFT算法，提取出电压信号中不同频率的电压谐波波形；步骤四，根据提取的不同频率的谐波电压幅值大小，确定谐振点的频率。本发明实现简单，只需测量变压器低压侧总支路的电压信号，同时设备电路可直接对该电压信号进行测量，无需安装电压互感器，另外由于该方法计算量小，可实现实时在线检测，具有很好的工程实用性。

Description

一种基于电压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，涉及一种基于电压谐波幅值的谐振点检测方法。
背景技术
近些年随着社会的发展，国家以及电力企业越来越注重供电系统的电能质量，良好的电能质量是电网以及广大电力用户的设备安全、稳定、经济运行的保证。电能质量的高低也成为衡量一个国家发展水平的重要标志。由于实际的电网系统中通常含有大量的谐波源，比如电弧炉、电焊以及一些家用电器设备，这些谐波会引起电网中的电压电流发生畸变，导致设备异常运行，降低设备的使用寿命。为了提高电力系统的电能质量，通常会向电网中投切补偿电容器，以提高系统的品质因素，降低线路损耗，由于电网系统中含有各种谐波，可能会引起投切的补偿电容器发生谐振，损坏电容器设备，甚至威胁操作人员的生命安全。因此，准确检测出电网系统的谐振点，对于投切电容器具有很重要的指导意义。
目前常用的谐振点检测方法多为采用专业的检测设备，价格昂贵，使用比较复杂，当检测到所需的电压电流信号后，还需上传到主站来进行分析，检测速度较慢，不能够实现实时在线检测。因此，需要发展一种操作简单、能够实时在线检测谐振点的方法。
发明内容
本发明针对上述问题，克服现有技术的不足，提出一种基于电压谐波幅值的谐振点检测方法，该方法利用滑动DFT算法提取出不同频率的电压谐波波形，根据电压谐波幅值的大小来检测谐振点。该方法计算量小，实现简单，只需检测变压器低压侧的电压信号，同时设备电路可直接对该电压信号进行测量，无需安装电压互感器，另外由于该方法计算量小，可实现实时在线检测，具有很好的工程实用性。
本发明通过计算不同频率的电压谐波幅值来检测系统的谐振点。该方法首先利用低频载波发送机通过变压器低压侧向电网系统中注入幅值相等、频率不同的载波电流信号，同时利用该设备检测变压器低压侧总支路的电压信号，然后根据滑动DFT算法提取出该电压信号中频率不同的电压谐波波形，最后根据电压谐波幅值的大小检测谐振点。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种基于电压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通过变压器低压侧向电网系统中注入幅值相等、频率不同的载波电流信号。
步骤二，检测变压器低压侧总支路的电压信号U(t)。
步骤三，根据滑动DFT算法，提取出电压信号中不同频率的电压谐波波形。
步骤四，根据提取的不同频率的电压谐波幅值大小，确定谐振点的频率。
进一步地，步骤三中的滑动DFT算法的计算公式为，
其中，ak为第k次电压谐波的实部，bk为第k次电压谐波的虚部，N为工频周波的采样点数，k为提取的电压谐波次数，T＝20ms。
进一步地，步骤四中的根据提取的不同频率谐波电压幅值的大小确定谐振点频率的原则为，越靠近谐振点，电压谐波的幅值越大，选取电压谐波幅值最大的频率作为谐振点的频率。
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：本发明一种基于电压谐波幅值的谐振点检测方法，根据提取的电压谐波幅值大小检测谐振点，此方法实现简单，只需测量变压器低压侧的电压信号。另外，该方法计算量小，完全能够满足实时在线检测低功耗的要求，具有很好的工程实用性。
附图说明
图1为本发明基于电压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次载波电流信号时变压器低压侧电压测量信号波形。
图3为本发明注入22次载波电流信号时变压器低压侧电压测量信号波形。
图4为本发明注入25次载波电流信号时变压器低压侧电压测量信号波形。
图5为本发明注入59次载波电流信号时变压器低压侧电压测量信号波形。
图6为本发明提取的变压器低压侧电压信号中的11次谐波波形。
图7为本发明提取的变压器低压侧电压信号中的22次谐波波形。
图8为本发明提取的变压器低压侧电压信号中的25次谐波波形。
图9为本发明提取的变压器低压侧电压信号中的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数，图2～图9纵坐标代表电压幅值，单位为V，图10～图13纵坐标代表补偿电容产生的电流幅值，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压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通过变压器低压侧向电网系统中注入幅值为10A、频率分别为11、22、25、59次的载波电流信号。
步骤二，检测变压器低压侧总支路的电压信号U(t)，其波形如图2～图5所示。
步骤三，根据滑动DFT算法，提取出电压信号中的11、22、25、59次谐波信号，其波形分别如图6～图9所示，滑动DFT算法的计算公式为，
其中，ak为第k次电压谐波的实部，bk为第k次电压谐波的虚部，N＝6250为工频周波的采样点数，k＝11,22,25,59为提取的电压谐波次数，T＝20ms。
步骤四，根据提取的11、22、25、59次电压谐波幅值的大小，确定谐振点的频率，11、22、25、59次谐波对应的电压谐波幅值分别为12.94V、58.1V、71.21V、11.67V，根据越靠近谐振点，电压谐波幅值越大的原则，第25次电压谐波幅值最大，因此第25次谐波最靠近谐振点，可以确定谐振点在25次谐波频率附近。
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。本发明根据电压谐波幅值的大小确定了系统谐振点在25次谐波频率附近，同时根据图10～图13可知，同时注入11、22、25、59次载波电流信号时，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，补偿电容产生的25次电流谐波幅值最大，因此可以判断在25次谐波频率附近补偿电容发生了谐振，与本发明的判断结果一致，也进一步验证了本发明所提出的方法的正确性。由于在实际的检测过程中，当检测到某次谐波位于谐振点附近时，会跳过谐振点附近的频段，避免引起系统的谐振，因此最终会检测出谐振点位于某一段频率范围内。
该方法首先利用低频载波发送机通过变压器低压侧向电网系统中注入幅值相等、频率不同的载波电流信号，同时利用该设备检测变压器低压侧总支路的电压信号，然后根据滑动DFT算法提取出该电压信号中不同频率谐波波形，最后根据谐波幅值的大小检测谐振点。
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压谐波幅值的谐振点检测方法，利用低频载波发送机通过变压器低压侧向电网系统中注入幅值相等、频率不同的载波电流信号，同时利用该设备检测变压器低压侧总支路的电压信号，然后根据滑动DFT算法提取出该电压信号中不同频率的谐波波形，最后根据谐波幅值的大小检测谐振点。此方法实现简单，只需测量变压器低压侧总支路的电压信号，计算量小，可以实现实时在线检测同时满足低功耗的要求，具有很好的工程实用性。
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)

1.一种基于电压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通过变压器低压侧向电网系统中注入幅值相等、频率不同的载波电流信号；
步骤二，检测变压器低压侧总支路的电压信号U(t)；
步骤三，根据滑动DFT算法，提取出电压信号中不同频率的电压谐波波形；
步骤四，根据提取的不同频率的电压谐波幅值大小，确定谐振点的频率。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压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，提取出电压信号中不同频率的电压谐波波形，其中滑动DFT算法的计算公式为，
其中，ak为第k次电压谐波的实部，bk为第k次电压谐波的虚部，N为工频周波的采样点数，k为提取的低频脉动电压次数，T＝20ms。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电压谐波幅值的谐振点检测方法，其特征在于：步骤四中根据提取的不同频率电压谐波幅值的大小确定谐振点的频率，其原则为越靠近谐振点，电压谐波幅值越大，选取电压谐波幅值最大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谐波幅值的谐振点检测方法，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谐波幅值的谐振点检测方法，其特征在于：步骤一中幅值范围在5～15V之间。
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