CN112485523A - 一种判定谐波电压测量失真方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种判定谐波电压测量失真的方法，该方法利用电能质量在线监测系统事件型录波数据判定是否存在电压互感器谐波电压测量失真的情况。传统的专项测试需要一定的工作审批和现场工作，解决问题需要的时间周期较长。本申请提供的一种判定谐波电压测量失真的方法在满足谐波超标期间发生了电能质量事件的条件时，只需要获取系统的故障录波数据，对故障录波数据进行离散傅里叶变换分析和序分析并计算出谐波不平衡度与正负序阻抗，结合一定的判定规则即可判定是否存在谐波电压测量失真，很好的解决了上述问题，避免了因专项测试时间周期长而导致的经济损失和更严重的事故。

Description

一种判定谐波电压测量失真方法

技术领域

本申请涉及电力系统的电能质量测试技术领域，尤其涉及一种判定谐波电压测量失真方法。

背景技术

随着工业的发展以及科学技术的进步,电网中各类非线性负荷呈现出爆发式的增长。这些非线性负荷带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响，因此电网的谐波问题愈发受到重视。谐波问题涉及面很广，包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的测量方法等。其中谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。

电力系统中的谐波问题日趋严重，人们对谐波测量以及治理工作也越来越重视。然而，由于各种原因，谐波测量可能存在着一定的失真问题。比如在110kV、220kV及更高的电压等级电网中，主要的电压测量装置为电压互感器(Power Transformer，PT)和电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)。然而PT的一次侧接地方式和CVT内部的电容单元及电磁单元构成谐振回路会对谐波电压测量结果造成影响，通过互感器测量得到的电网中各次谐波电压含量及电压总谐波畸变率均存在误差，不能真实地反应电网中实际谐波水平，对治理谐波问题和计量准确性问题造成严重的影响。由于这种谐波电压测量失真是由电压互感器本身造成的，因此一般情况下谐波电压测量失真是长期存在的，不会因非线性负荷的变化而变化。

当电网发生谐波超标问题时，由于存在上述谐波测量失真问题，通常需要进行一系列的专项测试才能确定谐波超标是真实存在的还是由于谐波测量失真导致的。若通过合理设计专项测试方案，对谐波超标现场进行专项测试，的确能够确认造成谐波超标的根本原因。但专项测试需要一定的工作审批和现场工作，解决问题需要的时间周期较长，不仅浪费了一定的时间和人力物力，还可能因为较长的时间周期耽误了排查事故原因的工作，从而导致更大的经济损失或者造成更加严重的事故。而现有的谐波监测系统的测试数据都是经过统计和DFT分析后的数据，无法从中得到谐波序特性等信息，因此不能利用谐波监测系统的数据进行在线分析。

发明内容

本申请提供了一种判定谐波电压测量失真的方法，可以无需进行现场测试，仅通过电能质量在线监测系统事件型录波数据即可判断是否存在谐波电压测量失真的情况。

本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种判定谐波电压测量失真方法，包括以下步骤：

遍历电能质量监测点的电能质量事件数据，选取事件结束后系统恢复正常时段的故障录波数据，所述监测点为监测到谐波发生超标的点；

通过对录波数据序列进行离散傅里叶变换，计算各次谐波电压和谐波电流分量；

通过各次谐波电压和谐波电流分量计算各次谐波进行序分量；

根据各次谐波电压和谐波电流和各次谐波序分量计算结果，计算出零序不平衡度；

将所述零序不平衡度与预先设定的阈值进行比较，计算出正负序阻抗；

将所述正负序阻抗和系统阻抗进行比较，判定是否存在谐波测量失真。

可选的，所述方法还包括：

选取的录波数据为事件结束后系统恢复正常时段的故障录波数据，且选取时段仍存在谐波超标的现象。

可选的，所述通过对录波数据序列进行离散傅里叶变换，计算各次谐波电压和谐波电流分量，包括：

取单周波时间窗的故障录波数据的三相电压和电流信号数字量进行离散傅里叶变换，通过下式计算各次谐波电压和谐波电流分量：

其中，U(k)为谐波电压，I(k)为谐波电流，N为单周波采样点的个数，k为谐波次数，j为虚数的单位，u(n)与i(n)分别对应三相电压和电流信号的数字量，其中的n为采样序列编号。

可选的，所述通过各次谐波电压和谐波电流分量计算各次谐波进行序分量，包括；

通过以下公式，以三相电压中的其中一相A相为例，根据对称分量法对各次谐波进行序分量计算：

其中，k为谐波次数，a＝e^j120°。

可选的，所述根据各次谐波电压和谐波电流和各次谐波序分量计算结果，计算出零序不平衡度，包括通过下式计算出零序不平衡度λ：

其中，U_h0为h次谐波电压零序分量，U_Np为基波标称相电压。

可选的，将所述零序不平衡度与预先设定的阈值进行比较，计算出正负序阻抗，包括：

正序阻抗Z_h1、负序阻抗Z_h2和基波阻抗Z_S的计算公式为：

其中，U_h1为h次谐波电压正序分量，I_h1为h次谐波电压正序分量，U_h2为h次谐波电压负序分量，I_h2为h次谐波电压负序分量，h为谐波次数，U_N为系统的额定电压，S_C为系统电压等级对应的短路容量。

可选的，所述将所述正负序阻抗和系统阻抗进行比较，判定是否存在谐波测量失真，包括：

若λ＞0.8％，则可以判定存在谐波电压测量失真的情况，若λ＜0.8％，则计算正负序阻抗进行进一步的判断；

选取正序阻抗和负序阻抗中的较大值和基波阻抗比较，若max(Z_h1，Z_h2)/Z_S＞10，则可以判定存在谐波电压测量失真的情况；

若max(Z_h1，Z_h2)/Z_S＜10，可以判定没有发生谐波电压测量失真的情况。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请提供了一种判定谐波电压测量失真的方法，该方法利用电能质量在线监测系统事件型录波数据判定是否存在电压互感器谐波电压测量失真的情况。传统的专项测试需要一定的工作审批和现场工作，解决问题需要的时间周期较长。本申请提供的一种判定谐波电压测量失真的方法在满足谐波超标期间发生了电能质量事件的条件时，只需要获取系统的故障录波数据，对故障录波数据进行离散傅里叶变换(DFT)分析和序分析并计算出谐波不平衡度与正负序阻抗，结合一定的判定规则即可判定是否存在谐波电压测量失真，很好的解决了上述问题，避免了因专项测试时间周期长而导致的经济损失和更严重的事故。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种判定谐波电压测量失真的方法的流程图；

图2为本申请实施例中某干线监测点某次电压暂降事件全过程录波波形数据；

图3为本申请实施例中某干线监测点某次电压暂降事件系统恢复正常时录波波形数据。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种判定谐波电压测量失真的方法的流程图，如图1所示，本申请实施例提供的一种判定谐波电压测量失真方法，包括以下步骤：

S1：遍历电能质量监测点的电能质量事件数据，选取事件结束后系统恢复正常时段的故障录波数据，所述监测点为监测到谐波发生超标的点。

电能质量在线监测终端既可以监测谐波，又可以在电网中发生电压暂降、电压暂升、过电压、短时中断和长时间中断等事件型电能质量扰动时对电网的三相电压电流波形进行收集和采样。

电能质量在线监测终端能够完整记录电网故障前后各扰动元件在连续一段时间内的电气量信息，包括事件发生前、发生过程和事件结束后若干时段的电压电流波形数据。当存在谐波超标的情况时，判断谐波超标期间是否发生过电能质量扰动事件，如果有，则从对应的监测终端获取故障录波数据。

遍历监测点的电能质量事件录波数据，选取故障录波数据中电能质量扰动事件结束后系统恢复正常时段的数据。需要说明的是，选取时段仍存在谐波超标的现象。

故障录波数据以时域形式记录各元件的模拟量信息在故障前后的变化，该数据不方便直接用于故障诊断。因此，需要对时域录波数据进行预处理，从收集到的录波波形数据中提取能够为故障诊断所用的信息。

S2：通过对录波数据序列进行离散傅里叶变换，计算各次谐波电压和谐波电流分量。

取单周波时间窗的故障录波数据的三相电压和电流信号数字量进行离散傅里叶变换，通过下式计算各次谐波电压和谐波电流分量：

其中，U(k)为谐波电压，I(k)为谐波电流，N为单周波采样点的个数，k为谐波次数，j为虚数的单位，u(n)与i(n)分别对应三相电压和电流信号的数字量，其中的n为采样序列编号。

S3：通过各次谐波电压和谐波电流分量计算各次谐波进行序分量。

通过以下公式，以三相电压(A、B、C)中的其中一相A相为例，根据对称分量法对各次谐波进行序分量计算：

其中，k为谐波次数，a＝e^j120°。

当发生三相不对称故障时，则需要列出各序的电压平衡方程，或者说需求出各序对故障点的等值阻抗，然后结合故障处的边界条件，即可求出各序分量。

S4：根据各次谐波电压和谐波电流和各次谐波序分量计算结果，计算出零序不平衡度。

通过下式计算出零序不平衡度λ：

其中，U_h0为h次谐波电压零序分量，U_Np为基波标称相电压。

S5：将所述零序不平衡度与预先设定的阈值进行比较，计算出正负序阻抗。

正序阻抗Z_h1、负序阻抗Z_h2和基波阻抗Z_S的计算公式为：

其中，U_h1为h次谐波电压正序分量，I_h1为h次谐波电压正序分量，U_h2为h次谐波电压负序分量，I_h2为h次谐波电压负序分量，h为谐波次数，U_N为系统的额定电压，S_C为系统电压等级对应的短路容量。

S6：将所述正负序阻抗和系统阻抗进行比较，判定是否存在谐波测量失真。

若λ＞0.8％，则可以判定存在谐波电压测量失真的情况，若λ＜0.8％，则计算正负序阻抗进行进一步的判断；

选取正序阻抗和负序阻抗中的较大值和基波阻抗比较，若max(Z_h1，Z_h2)/Z_S＞10，则可以判定存在谐波电压测量失真的情况；

若max(Z_h1，Z_h2)/Z_S＜10，可以判定没有发生谐波电压测量失真的情况。

综合上述两个判据，判定是否存在谐波测量失真的情况。

由上述本申请提供的技术方案可以看出，利用电能质量在线监测系统的故障录波数据对电网谐波超标问题进行原因的排查，从而避免了因专项测试时间周期太长而可能导致的额外经经济损失和更严重的事故。

以下以一种具体的实施例对本申请中的技术方案进行更加清楚明确的介绍。需要说明的是，下述示例中的情况和分析仅为其中一种情况，用户需根据实际工况做相应的更改。

本示例为220kV变电站在110kV母线某干线设置的电能质量在线监测点，监测系统持续反映该监测点的电压总谐波畸变率和13次谐波电压超标，其中1月份和2月份超标29天，3月份超标31天，4月份超标30天，但该干线的13次谐波电流并未超标。

采用本发明实施例提供的上述方案，排查谐波电压超标的原因，具体分析步骤如下：

1)遍历监测点谐波电压超标期间的电压暂降事件录波数据，选取某次电压暂降事件录波数据如图2所示。

选取此次电压暂降事件中系统恢复正常的时间区间[0.15s,0.37s]的录波数据如图3所示。

2)对[0.15s,0.37s]的录波数据进行离散傅里叶变换，并对基波和各次谐波相量进行对称分量分解计算。

计算得到110kV母线电压和该干线电流的基波序分量和谐波序分量统计报表见表1和表2所示。

表1 110kV母线电压基波和谐波序分量趋势分析统计报表

表2某干线电流基波和谐波序分量趋势分析统计报表

3)根据上述数据，计算出正负序阻抗和零序不平衡度作为判据，并结合谐波电流引起谐波电压的成因等，分析如下：

(1)计算可得，13次谐波的谐波不平衡度λ＝(U_h0/U_Np)×100％＝0.59％＜0.8％，110kV母线基波电压的零序不平衡较小，说明三相电压测量信号没有中性点偏移引起的零序性测量失真。因此，较大的13次谐波电压零序不平衡，不是零序性测量失真引起的。

(2)计算可得，13次谐波的正序阻抗Z_h1＝U_h1/hI_h1＝98.01Ω，13次谐波的负序阻抗为Z_h2＝U_h2/hI_h2＝448.71Ω。

根据GBT 14549-93《电能质量公用电网谐波》中给出各电压等级的基准短路容量可知110kV系统的基准短路容量为750MVA。计算得基波阻抗为Z_S＝U_N ²/S_C＝16.13Ω，取正负序阻抗中的较大值和基波阻抗比较得到，Z_h2/Z_S＝27.8＞10，因此可以判定13次谐波存在谐波电压测量失真的情况。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

综上，本申请实施例提供的一种判定谐波电压测量失真的方法，该方法利用电能质量在线监测系统事件型录波数据判定是否存在电压互感器谐波电压测量失真的情况。传统的专项测试需要一定的工作审批和现场工作，解决问题需要的时间周期较长。本申请提供的一种判定谐波电压测量失真的方法在满足谐波超标期间发生了电能质量事件的条件时，只需要获取系统的故障录波数据，对故障录波数据进行离散傅里叶变换分析和序分析并计算出谐波不平衡度与正负序阻抗，结合一定的判定规则即可判定是否存在谐波电压测量失真，很好的解决了上述问题，避免了因专项测试时间周期长而导致的经济损失和更严重的事故。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，包括以下步骤：

遍历电能质量监测点的电能质量事件数据，选取事件结束后系统恢复正常时段的故障录波数据，所述监测点为监测到谐波发生超标的点；

通过对录波数据序列进行离散傅里叶变换，计算各次谐波电压和谐波电流分量；

通过各次谐波电压和谐波电流分量计算各次谐波进行序分量；

根据各次谐波电压和谐波电流和各次谐波序分量计算结果，计算出零序不平衡度；

将所述零序不平衡度与预先设定的阈值进行比较，计算出正负序阻抗；

将所述正负序阻抗和系统阻抗进行比较，判定是否存在谐波测量失真。

2.根据权利要求1所述的判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，所述方法还包括：

选取的录波数据为事件结束后系统恢复正常时段的故障录波数据，且选取时段仍存在谐波超标的现象。

3.根据权利要求1所述的判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，所述通过对录波数据序列进行离散傅里叶变换，计算各次谐波电压和谐波电流分量，包括：

取单周波时间窗的故障录波数据的三相电压和电流信号数字量进行离散傅里叶变换，通过下式计算各次谐波电压和谐波电流分量：

其中，U(k)为谐波电压，I(k)为谐波电流，N为单周波采样点的个数，k为谐波次数，j为虚数的单位，u(n)与i(n)分别对应三相电压和电流信号的数字量，其中的n为采样序列编号。

4.根据权利要求3所述的判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，所述通过各次谐波电压和谐波电流分量计算各次谐波进行序分量，包括；

通过以下公式，以三相电压中的其中一相，根据对称分量法对各次谐波进行序分量计算：

其中，k为谐波次数，a＝e^j120°。

5.根据权利要求1所述的判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，所述根据各次谐波电压和谐波电流和各次谐波序分量计算结果，计算出零序不平衡度，包括通过下式计算出零序不平衡度λ：

其中，U_h0为h次谐波电压零序分量，U_Np为基波标称相电压。

6.根据权利要求5所述的判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，将所述零序不平衡度与预先设定的阈值进行比较，计算出正负序阻抗，包括：

正序阻抗Z_h1、负序阻抗Z_h2和基波阻抗Z_S的计算公式为：

其中，U_h1为h次谐波电压正序分量，I_h1为h次谐波电压正序分量，U_h2为h次谐波电压负序分量，I_h2为h次谐波电压负序分量，h为谐波次数，U_N为系统的额定电压，S_C为系统电压等级对应的短路容量。

7.根据权利要求6所述的判定谐波电压测量失真方法，其特征在于，所述将所述正负序阻抗和系统阻抗进行比较，判定是否存在谐波测量失真，包括：

若λ＞0.8％，则可以判定存在谐波电压测量失真的情况，若λ＜0.8％，则计算正负序阻抗进行进一步的判断；

选取正序阻抗和负序阻抗中的较大值和基波阻抗比较，若max(Z_h1，Z_h2)/Z_S＞10，则可以判定存在谐波电压测量失真的情况；

若max(Z_h1，Z_h2)/Z_S＜10，可以判定没有发生谐波电压测量失真的情况。

Images