CN113109665A - 基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法 - Google Patents

基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电网技术领域，公开了一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，包括以下步骤：从电网监测装置中提取某次电压暂降事件中记录到的三相电压和三相电流的波形，进行采样得到数据，将得到的数据通过对称分量法处理得到三相基频正序电压与三相基频正序电流，并计算所得三相基频正序电压与三相基频正序电流之间的相位差，绘制得到此相位差关于时间的变化曲线，根据绘制得到的曲线，若该曲线中第一个峰值极性为正，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的上游，若该曲线中第一个峰值极性为负，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的下游；本发明具有判断方法简便、适用性广、精准度高的特点。

Description

基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法
技术领域
本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法。
背景技术
随着工业技术特别是各种精密仪器与电力电子装置的发展，电力用户对电能质量问题，尤其是电压暂降的重视程度不断提高；短路故障是造成电压暂降的主要原因，而当电压暂降发生时，判断电压暂降源的方向是非常重要的，这样既有利于事件责任的认证与划分，避免陷入经济纠纷，也可以为故障的快速清除提供依据，显著减小电压暂降的影响。
但是，现有的电压暂降源定位方法，有诸多限制：大多在辐射型电网中有效的定位方法，无法应用于环形电网中；当电网发生不对称故障时，定位方法的准确性将降低甚至无法使用；需要特定的监测装置，仅采取电压电流的录波数据不能满足要求；数据处理困难，判据阈值难以划分，判断方式不够简便，需要繁琐处理。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，包括以下步骤：
步骤S1：从电网上所设的电网监测装置中提取某次电压暂降事件中记录到的三相电压和三相电流的波形，进行采样得到数据；
步骤S2：将步骤S1中得到的数据通过对称分量法处理得到三相基频正序电压与三相基频正序电流，并计算所得三相基频正序电压与三相基频正序电流之间的相位差，绘制得到此相位差关于时间的变化曲线；
步骤S3：无论电网中出现的故障为对称故障或是不对称故障，步骤S2中所得到的变化曲线中，若其第一个峰值极性为正，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的上游，若其第一个峰值极性为负，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的下游。
进一步的，所述步骤S1中的电网监测装置为能够记录到三相电压与三相电流的录波数据的监测装置。
进一步的，所述步骤S2中相位差关于时间的变化曲线绘制方式包括以下步骤：
步骤S201：设在该次电压暂降事件中，取得的三相基频电压和三相基频电流分别为
Figure BDA0003001825000000021
和
Figure BDA0003001825000000022
之后通过对称分量法分别得到三相电压正序分量和三相电流正序分量，具体计算式如下式所示：
Figure BDA0003001825000000023
Figure BDA0003001825000000024
上式中，
Figure BDA0003001825000000025
代表三相电压正序分量，
Figure BDA0003001825000000026
代表三相电流正序分量，a代表相量相位关系的运算子，a的计算式如下式所示：
Figure BDA0003001825000000027
步骤S202：通过Fourier变换提取三相基频电压正序分量的相角和三相基频电流正序分量的相角，具体计算式如下式所示：
Figure BDA0003001825000000028
Figure BDA0003001825000000029
上式中，∠Va1代表三相基频电压正序分量相角，∠Ia1代表三相基频电流正序分量相角；
步骤S203：计算三相基频正序分量相位差，并作出相位差随时间变化的曲线，其中，计算三相基频正序分量相位差的计算式如下式所示：
θVI＝∠Va1-∠Ia1
上式中，∠Va1代表三相基频电压正序分量相角，∠Ia1代表三相基频电流正序分量相角，θVI代表三相基频正序分量相位差；
相位差随时间变化的曲线函数式为：f(t)＝θVI(t)。
进一步的，所述步骤S3中判断造成电压暂降的暂降源位置的判断包括以下步骤：
步骤S301：获得曲线θVI(t)并绘制对应曲线图后可知，该曲线只在电压暂降期间有波动，根据曲线θVI(t)判断在电压暂降发生之前，θVI(t)的取值，若θVI(t)>0，则转向步骤S302，若θVI(t)<0，则转向步骤S303；
步骤S302：若曲线θVI(t)的第一个峰值极性为正时，则暂降源位于电网监测装置的上游，若θVI(t)的第一个峰值极性为负时，则暂降源位于电网监测装置的下游；
步骤S303：若曲线θVI(t)的第一个峰值极性为正时，则暂降源位于电网监测装置的下游，若θVI(t)的第一个峰值极性为负时，则暂降源位于电网监测装置的上游。
较之现有技术，本发明的优点在于：
本发明能够在不同类型的短路故障下，高精准度地找到暂降源的相对位置，并且由于本方法本质上是体现电网出现故障时有功功率流动的特性，亦不会受到电网网架结构的影响，在辐射型网和环网之中均可应用，并且，本发明的判据简单有效，无需经过繁琐的数据处理和阈值选取，可直接通过三相基频正序分量相位差在电压暂降期间波动趋势来给出判断结果，仅通过鉴别波形峰值的极性，便可以准确地找到暂降源的相对位置，相较于现有技术，具有判断方法简便、适用性广、精准度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明的流程示意图；
图2为本发明中标准10节点放射式电网结构拓扑图；
图3为实施例一中利用本发明方法所得电压暂降源定位结果示意图；
图4为实施例二中利用本发明方法所得电压暂降源定位结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明提供一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，包括以下步骤：
步骤S1：从电网上所设的电网监测装置中提取某次电压暂降事件中记录到的三相电压和三相电流的波形，进行采样得到数据，电网监测装置只需为现有技术中常见的能够记录到三相电压与三相电流的录波数据的监测装置即可，无需使用特定的检测装置；
步骤S2：将步骤S1中得到的数据通过对称分量法处理得到三相基频正序电压与三相基频正序电流，并计算所得三相基频正序电压与三相基频正序电流之间的相位差，绘制得到此相位差关于时间的变化曲线；
步骤S3：无论电网中出现的故障为对称故障或是不对称故障，步骤S2中所得到的变化曲线中，若其第一个峰值极性为正，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的上游，若其第一个峰值极性为负，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的下游。
进一步的，所述步骤S2中相位差关于时间的变化曲线绘制方式包括以下步骤：
步骤S201：设在该次电压暂降事件中，取得的三相基频电压和三相基频电流分别为
Figure BDA0003001825000000051
和
Figure BDA0003001825000000052
之后通过对称分量法分别得到三相电压正序分量和三相电流正序分量，具体计算式如下式所示：
Figure BDA0003001825000000053
Figure BDA0003001825000000054
上式中，
Figure BDA0003001825000000055
代表三相电压正序分量，
Figure BDA0003001825000000056
代表三相电流正序分量，a代表相量相位关系的运算子，a的计算式如下式所示：
Figure BDA0003001825000000057
步骤S202：通过Fourier变换提取三相基频电压正序分量的相角和三相基频电流正序分量的相角，具体计算式如下式所示：
Figure BDA0003001825000000058
Figure BDA0003001825000000059
上式中，∠Va1代表三相基频电压正序分量相角，∠Ia1代表三相基频电流正序分量相角；
步骤S203：计算三相基频正序分量相位差，并作出相位差随时间变化的曲线，其中，计算三相基频正序分量相位差的计算式如下式所示：
θVI＝∠Va1-∠Ia1
上式中，∠Va1代表三相基频电压正序分量相角，∠Ia1代表三相基频电流正序分量相角，θVI代表三相基频正序分量相位差；
由于最初取得的三相电压和三相电路数据是按一定采样频率取得的录波数据，经过对称分量法的正序分量提取、Fourier变换得到的θVI可以看作是时间的函数，便可得到相位差随时间变化的曲线，相位差随时间变化的曲线函数式为：f(t)＝θVI(t)。
进一步的，所述步骤S3中判断造成电压暂降的暂降源位置的判断包括以下步骤：
步骤S301：获得曲线θVI(t)并绘制对应曲线图后可知，该曲线只在电压暂降期间有波动，根据曲线θVI(t)判断在电压暂降发生之前，θVI(t)的取值，若θVI(t)>0，则转向步骤S302，若θVI(t)<0，则转向步骤S303；
步骤S302：若曲线θVI(t)的第一个峰值极性为正时，则暂降源位于电网监测装置的上游，若θVI(t)的第一个峰值极性为负时，则暂降源位于电网监测装置的下游；
步骤S303：若曲线θVI(t)的第一个峰值极性为正时，则暂降源位于电网监测装置的下游，若θVI(t)的第一个峰值极性为负时，则暂降源位于电网监测装置的上游。
本发明提供的定位方法在实际运用中均可适用各类型电网架构，且能够在不同类型的短路故障下，高精准度地找到暂降源的相对位置，请见下表1，表1为本发明提供的定位方法与现有技术中常见的扰动功率法和系统轨迹斜率法的比较；
表1
Figure BDA0003001825000000061
由上表数据可知，本发明提供的定位方法具备有良好的准确率，且能够适用不同类型的电网网架结构和故障类型，值得推广。
实施例一：本实施例对本发明提供的定位方法进行验证，使用Matlab软件搭建如图2所示的标准10节点放射式电网结构拓扑图，参数如图2所示；搭建完毕后，将故障类型设置为两相短路接地故障位于F2处，测点M1经过离散采样得到电压暂降期间的三相电压与三相电流，之后使用本发明提供的方法利用对称分量法和Fourier变换提取出正序分量地相角，在Matlab软件中用脚本绘制相位差变化曲线如图3所示，再使用本发明提供的方法利用判据进行判断，波形第一个峰值极性为负，可知此次暂降事件的暂降源位于测点M1的下游，与实际设置结果相符，即可知本发明提供的定位方法结果准确。
实施例二：本实施例对本发明提供的定位方法进行验证，使用Matlab软件搭建如图2所示的标准10节点放射式电网结构拓扑图，参数如图2所示；搭建完毕后，将故障类型设置为三相短路故障于F1处，测点M2经过离散采样得到电压暂降期间的三相电压与三相电流，之后使用本发明提供的方法利用对称分量法和Fourier变换提取出正序分量地相角，在Matlab软件中用脚本绘制相位差变化曲线如图4所示，再使用本发明提供的方法利用判据进行判断，波形第一个峰值极性为正，可知此次暂降事件的暂降源位于测点M2的上游，与实际设置结果相符，即可知本发明提供的定位方法结果准确。
以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：从电网上所设的电网监测装置中提取某次电压暂降事件中记录到的三相电压和三相电流的波形，进行采样得到数据；
步骤S2：将步骤S1中得到的数据通过对称分量法处理得到三相基频正序电压与三相基频正序电流，并计算所得三相基频正序电压与三相基频正序电流之间的相位差，绘制得到此相位差关于时间的变化曲线；
步骤S3：无论电网中出现的故障为对称故障或是不对称故障，步骤S2中所得到的变化曲线中，若其第一个峰值极性为正，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的上游，若其第一个峰值极性为负，那么此次电压暂降事件的暂降源位于电网监测装置的下游。
2.根据权利要求1所述的一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，其特征在于：所述步骤S1中的电网监测装置为能够记录到三相电压与三相电流的录波数据的监测装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，其特征在于：所述步骤S2中相位差关于时间的变化曲线绘制方式包括以下步骤：
步骤S201：设在该次电压暂降事件中，取得的三相基频电压和三相基频电流分别为
Figure FDA0003001824990000011
和
Figure FDA0003001824990000012
之后通过对称分量法分别得到三相电压正序分量和三相电流正序分量，具体计算式如下式所示：
Figure FDA0003001824990000013
Figure FDA0003001824990000014
上式中，
Figure FDA0003001824990000015
代表三相电压正序分量，
Figure FDA0003001824990000016
代表三相电流正序分量，a代表相量相位关系的运算子，a的计算式如下式所示：
Figure FDA0003001824990000021
步骤S202：通过Fourier变换提取三相基频电压正序分量的相角和三相基频电流正序分量的相角，具体计算式如下式所示：
Figure FDA0003001824990000022
Figure FDA0003001824990000023
上式中，∠Va1代表三相基频电压正序分量相角，∠Ia1代表三相基频电流正序分量相角；
步骤S203：计算三相基频正序分量相位差，并作出相位差随时间变化的曲线，其中，计算三相基频正序分量相位差的计算式如下式所示：
θVI＝∠Va1-∠Ia1
上式中，∠Va1代表三相基频电压正序分量相角，∠Ia1代表三相基频电流正序分量相角，θVI代表三相基频正序分量相位差；
相位差随时间变化的曲线函数式为：f(t)＝θVI(t)。
4.根据权利要求3所述的一种基于正序分量相位差的电压暂降源定位方法，其特征在于：所述步骤S3中判断造成电压暂降的暂降源位置的判断包括以下步骤：
步骤S301：获得曲线θVI(t)并绘制对应曲线图后可知，该曲线只在电压暂降期间有波动，根据曲线θVI(t)判断在电压暂降发生之前，θVI(t)的取值，若θVI(t)>0，则转向步骤S302，若θVI(t)<0，则转向步骤S303；
步骤S302：若曲线θVI(t)的第一个峰值极性为正时，则暂降源位于电网监测装置的上游，若θVI(t)的第一个峰值极性为负时，则暂降源位于电网监测装置的下游；
步骤S303：若曲线θVI(t)的第一个峰值极性为正时，则暂降源位于电网监测装置的下游，若θVI(t)的第一个峰值极性为负时，则暂降源位于电网监测装置的上游。
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