CN111077372B - 一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法及系统，该方法包括S1、采集获取电力SCADA中的实时数据，以计算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；S2、对步骤S1所计算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗计算方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。本发明通过利用现场实时数据计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，然后利用常规交流系统谐波阻抗计算方法，可以得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值，而且结果准确有效，从而有利于保证输电系统的正常运。

Description

一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法及系统。

背景技术

交直流输电系统谐波阻抗扫描技术的作用：

(1)高压直流输电工程换流站接入系统的边界条件复杂，运行方式多样，合理确定用于交流滤波器设计的谐波阻抗等值参数，能够实现交流滤波器方案的合理配置。

(2)高压直流输电系统由于含有大量的电力电子开关与复杂的控制环节，是一种强非线性系统。在电力系统中，各种背景谐波与系统扰动作用于高压直流输电系统引发的谐波问题将影响系统的正常运行，甚至造成系统稳定被破坏的严重后果。因此，确定高压直流输电系统的谐波阻抗是研究高压直流系统谐波问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法及系统，以准确有效地测量出谐波阻抗的值，以保证输电系统的正常运行。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法，包括：

S1、采集获取电力SCADA中的实时数据，以计算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；

S2、对步骤S1所计算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗计算方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。

第二方面，本发明实施例提供了一种交直流输电系统谐波阻抗测定系统，包括：

数据采集器，用于采集获取电力SCADA中的实时数据；

第一数据处理器，用于接收数据采集器所传输来的实时数据，以运算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；

第二数据处理器，用于对所接收到第一数据处理器所运算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗运算处理方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本实施例提供的交直流输电系统谐波阻抗测定方法通过利用现场实时数据计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，然后利用常规交流系统谐波阻抗计算方法，可以得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值，而且结果准确有效，从而有利于保证输电系统的正常运。

本实施例提供的交直流输电系统谐波阻抗测定系统首先通过数据采集器来采集获取电力SCADA中的实时数据，然后第一数据处理器利用电力SCADA实时数据来计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，最后由第二数据处理器采用常规交流系统谐波阻抗运算处理方法来对所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值进行运算处理，可以得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值，而且结果准确有效，从而有利于保证输电系统的正常运行。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的交直流输电系统谐波阻抗测定方法的流程图；

图2为本发明实施例2提供的交直流输电系统谐波阻抗测定系统的组成示意图；

图中：201、数据采集器；202、第一数据处理器；203、第二数据处理器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参阅图1所示，本实施例提供的交直流输电系统谐波阻抗测定方法包括如下步骤：

S1、采集获取电力SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition数据采集与监视控制系统)中的实时数据，以计算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；在此步骤中，由于是利用电力SCADA实时数据来计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，考虑了实际电网系统各元件的非线性谐波阻抗特性、时变谐波阻抗特性，考虑了实际电网系统故障后运行方式的多变性，考虑了实际电网系统中接入的其他一二次设备对谐波阻抗计算的影响。

S2、对步骤S1所计算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗计算方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。

由此可见，本实施例提供的交直流输电系统谐波阻抗测定方法通过利用现场实时数据计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，然后利用常规交流系统谐波阻抗计算方法，可以得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值，而且结果准确有效，从而有利于保证输电系统的正常运。

具体地，上述步骤S1包括：

S101、采集获取电力SCADA中的实时数据，所采集到的数据包括实际电网系统同一时间段各节点的电压采样值、电流采样值及系统频率(单位：Hz)；

S102、设定值K，满足：f＝KΔf(K＝1,2,3...)；式中，Δf为频率分辨率，f为电网系统频率；

S103、预设电网系统频率为额定值50Hz，根据DFT(Discrete Fourier Transform)算法原理，要使DFT结果的频率分辨率Δf与电网频率f满足关系式f＝KΔf(K＝1,2,3...)，需K个周波的采样值数据进行DFT运算；

S104、截取电力SCADA实时数据中前K个50Hz周期内获取的系统频率数据，求取截取段系统频率数据的平均值，作为电网实际频率f；

S105、截取电力SCADA实时数据中前K个f(Hz)周期内获取的各节点电压电流采样值数据，即前K/f秒的数据；

S106、设定频率计算范围[f_min,f_max]，根据采样定理，并满足每整周期采样点数N≥f_max/f，其中f_min＝K₁Δf(K₁＝1,2,3...)，f_max＝K₂Δf(K₂＝1,2,3...)，f_max≥f_min；

S107、对于截取的各节点电压电流采样值数据，当整周期采样点数N＜f_max/f时，利用插值算法进行二次采样，得到满足要求的采样值数据；

S108、把截取的或经过插值处理的各节点电压电流采样值数据经运算处理，得到频率计算范围[f_min,f_max]内各频率点的相量值

和

其中

和

为第n个节点fk(Hz)分量的电压相量和电流相量，且f_min≤f_k≤f_max；

S109、选定频率计算点f_js＝f_min，计算所需计算的各元件在f_js频率点的阻抗值；

S110、循环改变频率计算点f_js＝f_min+KΔf(K＝1,2,3...)，并执行一次步骤S109，直到f_js＝f_min+KΔf＞f_max，跳出循环；至此，得到所需计算的各元件的频率-阻抗值；

S111、将交直流输电系统以换流器处为分界，分为交流输电系统部分和直流输电系统部分，并分别参与后续的谐波阻抗计算。

通过上述的步骤，能够准确有效地计算出各所需计算元件当前运行工况下的谐波阻抗值。

具体地，在本实施例中，上述的所需计算的各元件包括：发电机、变压器、输电线路、负荷、换流器、交流滤波器、直流滤波器；而该变压器包括双绕组变压器和三绕组变压器。

对于发电机，利用对应频率计算点的机端电压相量

机端电流相量

计算发电机在f_js频率点的阻抗值：

对于双绕组变压器，利用对应频率计算点的高压侧电压相量

和电流相量

低压侧电压相量

和电流相量

计算变压器在f_js频率点的阻抗值：

其中：k为变压器实际变比，

为归算到变压器高压侧的等效阻抗；

对于三绕组变压器，使用跟BPA一样的处理方式，即先把三绕组变压器转化为两个双绕组变压器；然后再利用上述计算双绕组变压器谐波阻抗的方法，计算得到两个双绕组变压器的谐波阻抗值；

对于输电线路，利用对应频率计算点的I侧电压相量

和电流相量

J侧电压相量

和电流相量

计算线路在f_js频率点的阻抗值：

对于负荷，利用对应频率计算点的负荷节点电压相量

和负荷电流相量

计算负荷在f_js频率点的阻抗值：

对于换流器，其谐波阻抗计算分为交流侧等值阻抗和直流侧等值阻抗：

换流器交流侧等值阻抗计算：利用对应频率计算点的换流器电网侧交流母线电压相量

和输入到换流器的电流相量

计算换流器在f_js频率点的交流侧等值阻抗：

换流器直流侧等值阻抗计算：利用对应频率计算点的换流器阀侧直流母线电压相量

和输入到换流器的电流相量

计算换流器在f_js频率点的直流侧等值阻抗：

对于换流变压器，其谐波阻抗计算方法与上述计算双绕组变压器谐波阻抗的方法相同；

对于交流滤波器和直流滤波器，其谐波阻抗计算方法与上述计算负荷谐波阻抗的方法相同。

而上述步骤S2中的常规交流系统谐波阻抗计算方法包括：

S201、针对某一频率，建立节点导纳矩阵；针对某一观测节点，通过单位电流注入法求解节点电压方程，得到观测节点在该频率下的谐波阻抗值；

S202、反复执行步骤S201，得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。

优选地，在步骤S107中，该插值算法包括：2阶Lagrange插值、两点三次Hermite插值、三次样条插值等高阶插值算法，以减少插值误差。

实施例2：

参阅图2所示，本实施例提供的交直流输电系统谐波阻抗测定系统，包括：

数据采集器201，用于采集获取电力SCADA中的实时数据；本实施例中，该数据采集器可以采用现有的数据抓取工具，比如硅谷数据工具GrowingIO，然后从电力SCADA中直接抓取相关实时数据；并将抓取到相关数据后则将相关数据传输至第一数据处理器202中；

第一数据处理器202，用于接收数据采集器所传输来的实时数据，以运算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；由于第一数据处理器202是利用电力SCADA实时数据来计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，考虑了实际电网系统各元件的非线性谐波阻抗特性、时变谐波阻抗特性，考虑了实际电网系统故障后运行方式的多变性，考虑了实际电网系统中接入的其他一二次设备对谐波阻抗计算的影响。

第二数据处理器203，用于对所接收到第一数据处理器所运算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗运算处理方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。

由此可见，本实施例提供的交直流输电系统谐波阻抗测定系统首先通过数据采集器来采集获取电力SCADA中的实时数据，然后第一数据处理器利用电力SCADA实时数据来计算各元件当前运行工况下的谐波阻抗值，最后由第二数据处理器采用常规交流系统谐波阻抗运算处理方法来对所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值进行运算处理，可以得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值，而且结果准确有效，从而有利于保证输电系统的正常运行。

本实施中的数据采集器201的具体工作原理和实施例1中的步骤S101相对应，第一数据处理器602的运算处理过程和实施例1中的步骤S102-S111相对应，第二数据处理器603的运算处理过程和实施例1中的步骤S2相对应，因此在本实施例中就不再详细赘述数据采集器601、第一数据处理器602以及第二数据处理器603的工作原理和运算处理过程。

作为本实施例用户用电行为预测系统的一种优选，该系统还包括客户端，该客户端用于接第二收数据处理器203所计算出来的不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值，该客户端可以为手机、电脑或平板电脑，如此，工作人员可以远程、实时地得知运算的最终结果。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种交直流输电系统谐波阻抗测定方法，其特征在于，包括：

S1、采集获取电力SCADA中的实时数据，以计算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；

S2、对步骤S1所计算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗计算方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值；

所述步骤S1包括：

S101、采集获取电力SCADA中的实时数据，所采集到的数据包括实际电网系统同一时间段各节点的电压采样值、电流采样值及系统频率；

S102、设定值K，满足：f＝KΔf；式中，Δf为频率分辨率，f为电网系统频率，单位为Hz，K为正整数；

S103、预设电网系统频率为额定值50Hz，根据DFT算法原理，要使DFT结果的频率分辨率Δf与电网频率f满足关系式f＝KΔf，需K个周波的采样值数据进行DFT运算；

S104、截取电力SCADA实时数据中前K个50Hz周期内获取的系统频率数据，求取截取段系统频率数据的平均值，作为电网实际频率f；

S105、截取电力SCADA实时数据中前K个f周期内获取的各节点电压电流采样值数据，即前K/f秒的数据；

S106、设定频率计算范围[f_min,f_max]，并满足每整周期采样点数N≥f_max/f，其中f_min＝K₁Δf，f_max＝K₂Δf，f_max≥f_min，K₁、K₂均为正整数；

S107、对于截取的各节点电压电流采样值数据，当整周期采样点数N＜f_max/f时，利用插值算法进行二次采样，得到满足要求的采样值数据；

S108、把截取的或经过插值处理的各节点电压电流采样值数据经运算处理，得到频率计算范围[f_min,f_max]内各频率点的相量值

和

其中

和

为第n个节点f_k分量的电压相量和电流相量，且f_min≤f_k≤f_max；f_k单位为Hz；

S109、选定频率计算点f_js＝f_min，计算所需计算的各元件在f_js频率点的阻抗值；

S110、循环改变频率计算点f_js＝f_min+KΔf(K＝1,2,3...)，并执行一次步骤S109，直到f_js＝f_min+KΔf＞f_max，跳出循环；至此，得到所需计算的各元件的频率-阻抗值；

S111、将交直流输电系统以换流器处为分界，分为交流输电系统部分和直流输电系统部分，并分别参与后续的谐波阻抗计算。

2.如权利要求1所述的交直流输电系统谐波阻抗测定方法，其特征在于，所述所需计算的各元件包括：发电机、变压器、输电线路、负荷、换流器、交流滤波器、直流滤波器。

3.如权利要求2所述的交直流输电系统谐波阻抗测定方法，其特征在于，所述变压器包括双绕组变压器和三绕组变压器；

对于发电机，利用对应频率计算点的机端电压相量

机端电流相量

计算发电机在f_js频率点的阻抗值：

对于双绕组变压器，利用对应频率计算点的高压侧电压相量

和电流相量

低压侧电压相量

和电流相量

计算变压器在f_js频率点的阻抗值：

其中：k为变压器实际变比，

为归算到变压器高压侧的等效阻抗；

对于三绕组变压器，使用跟BPA一样的处理方式，即先把三绕组变压器转化为两个双绕组变压器；然后再利用上述计算双绕组变压器谐波阻抗的方法，计算得到两个双绕组变压器的谐波阻抗值；

对于输电线路，利用对应频率计算点的I侧电压相量

和电流相量

J侧电压相量

和电流相量

计算线路在f_js频率点的阻抗值：

对于负荷，利用对应频率计算点的负荷节点电压相量

和负荷电流相量

计算负荷在f_js频率点的阻抗值：

对于换流器，其谐波阻抗计算分为交流侧等值阻抗和直流侧等值阻抗：

换流器交流侧等值阻抗计算：利用对应频率计算点的换流器电网侧交流母线电压相量

和输入到换流器的电流相量

计算换流器在f_js频率点的交流侧等值阻抗：

换流器直流侧等值阻抗计算：利用对应频率计算点的换流器阀侧直流母线电压相量

和输入到换流器的电流相量

计算换流器在f_js频率点的直流侧等值阻抗：

对于换流变压器，其谐波阻抗计算方法与上述计算双绕组变压器谐波阻抗的方法相同；

对于交流滤波器和直流滤波器，其谐波阻抗计算方法与上述计算负荷谐波阻抗的方法相同。

4.如权利要求2-3任一所述的交直流输电系统谐波阻抗测定方法，其特征在于，步骤S2中所述的常规交流系统谐波阻抗计算方法包括：

S201、针对某一频率，建立节点导纳矩阵；针对某一观测节点，通过单位电流注入法求解节点电压方程，得到观测节点在该频率下的谐波阻抗值；

S202、反复执行步骤S201，得到不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值。

5.如权利要求1所述的交直流输电系统谐波阻抗测定方法，其特征在于，在步骤S107中，所述插值算法包括：2阶Lagrange插值、两点三次Hermite插值、三次样条插值算法。

6.一种交直流输电系统谐波阻抗测定系统，其特征在于，包括：

数据采集器，用于采集获取电力SCADA中的实时数据；

第一数据处理器，用于接收数据采集器所传输来的实时数据，以运算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值；

第二数据处理器，用于对所接收到第一数据处理器所运算得到的所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值采用常规交流系统谐波阻抗运算处理方法，分别计算交流系统和直流输电系统中不同观测节点在不同频率下的谐波阻抗值；

所述数据采集器所采集到的实时数据包括：实际电网系统同一时间段各节点的电压采样值、电流采样值及系统频率；

所述第一数据处理器运算出交直流输电系统所需计算元件的当前运行工况下的谐波阻抗值的运算处理过程为：

S102、设定值K，满足：f＝KΔf；式中，Δf为频率分辨率，f为电网系统频率，K为正整数；

S103、预设电网系统频率为额定值50Hz，根据DFT算法原理，要使DFT结果的频率分辨率Δf与电网频率f满足关系式f＝KΔf，需K个周波的采样值数据进行DFT运算；

S104、截取电力SCADA实时数据中前K个50Hz周期内获取的系统频率数据，求取截取段系统频率数据的平均值，作为电网实际频率f；

S105、截取电力SCADA实时数据中前K个f周期内获取的各节点电压电流采样值数据，即前K/f秒的数据；

S106、设定频率计算范围[f_min,f_max]，并满足每整周期采样点数N≥f_max/f，其中f_min＝K₁Δf，f_max＝K₂Δf，f_max≥f_min；K₁、K₂均为正整数；

S107、对于截取的各节点电压电流采样值数据，当整周期采样点数N＜f_max/f时，利用插值算法进行二次采样，得到满足要求的采样值数据；

S108、把截取的或经过插值处理的各节点电压电流采样值数据经运算处理，得到频率计算范围[f_min,f_max]内各频率点的相量值

和

其中

和

为第n个节点f_k分量的电压相量和电流相量，且f_min≤f_k≤f_max；f_k单位为Hz；

S109、选定频率计算点f_js＝f_min，计算所需计算的各元件在f_js频率点的阻抗值；

S110、循环改变频率计算点f_js＝f_min+KΔf，并执行一次步骤S109，直到f_js＝f_min+KΔf＞f_max，跳出循环；至此，得到所需计算的各元件的频率-阻抗值；

S111、将交直流输电系统以换流器处为分界，分为交流输电系统部分和直流输电系统部分，并分别参与后续的谐波阻抗计算。

7.如权利要求6所述的交直流输电系统谐波阻抗测定系统，其特征在于，所述所需计算的各元件包括：发电机、变压器、输电线路、负荷、换流器、交流滤波器、直流滤波器；

所述变压器包括双绕组变压器和三绕组变压器；

对于发电机，利用对应频率计算点的机端电压相量

机端电流相量

计算发电机在f_js频率点的阻抗值：

对于双绕组变压器，利用对应频率计算点的高压侧电压相量

和电流相量

低压侧电压相量

和电流相量

计算变压器在f_js频率点的阻抗值：

其中：k为变压器实际变比，

为归算到变压器高压侧的等效阻抗；

对于三绕组变压器，使用跟BPA一样的处理方式，即先把三绕组变压器转化为两个双绕组变压器；然后再利用上述计算双绕组变压器谐波阻抗的方法，计算得到两个双绕组变压器的谐波阻抗值；

对于输电线路，利用对应频率计算点的I侧电压相量

和电流相量

J侧电压相量

和电流相量

计算线路在f_js频率点的阻抗值：

对于负荷，利用对应频率计算点的负荷节点电压相量

和负荷电流相量

计算负荷在f_js频率点的阻抗值：

对于换流器，其谐波阻抗计算分为交流侧等值阻抗和直流侧等值阻抗：

换流器交流侧等值阻抗计算：利用对应频率计算点的换流器电网侧交流母线电压相量

和输入到换流器的电流相量

计算换流器在f_js频率点的交流侧等值阻抗：

换流器直流侧等值阻抗计算：利用对应频率计算点的换流器阀侧直流母线电压相量

和输入到换流器的电流相量

计算换流器在f_js频率点的直流侧等值阻抗：

对于换流变压器，其谐波阻抗计算方法与上述计算双绕组变压器谐波阻抗的方法相同；

对于交流滤波器和直流滤波器，其谐波阻抗计算方法与上述计算负荷谐波阻抗的方法相同。

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