CN114675136A - 一种配电网电压暂降监测数据处理方法 - Google Patents

一种配电网电压暂降监测数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网电压暂降监测数据处理方法，该方法包括以下步骤：(1)假设电网的稳态电压为理想的正弦波；(2)取稳态波形中连续的两个采样点；(3)构建稳态波形的时域连续表达式；(4)提取对应相的电压暂降扰动量。本发明的方法当电网的稳态电压为理想的正弦波时，仅需两个连续的稳态采样点即可构建理想的稳态电压波形，从而完成电压暂降扰动量的提取。本发明方法可降低对工频周期内采样周波数N的依赖，减小Ns取整引入的累计失真。同时，稳态波形x(t)的高次频率分量可根据应用需要而定，频率分量越完整，提取的扰动量信噪比越高，频率分量越少，波形重构和扰动提取的速度越快。

Description

一种配电网电压暂降监测数据处理方法
技术领域
本发明涉及电能质量问题中低采集频率下电压暂降扰动信号提取领域，具体涉及一种配电网电压暂降监测数据处理方法。
背景技术
电能质量扰动是电网运行过程中不可避免的现象，它不仅影响了电网的正常运行，还给电力用户带来严重的经济损失。随着计算机和半导体技术的发展，用户对电能质量的要求越来越高。对用户影响最为严重的电能质量事件是电压暂降，在电力用户投诉的电能质量事件中，超过80％涉及电压暂降。对于用电质量要求较高的用电用户，尤其是拥有精密仪器的生产制造型企业，即使是偶发的电能质量事件也会造成不可估量的经济损失。更严重的是，电压暂降频发区域的瞬时性故障极易恶化为永久性故障，对电网造成极其恶劣的影响。因此，快速精准定位电压暂降源，有助于提高电网安全稳定运行，减少电力用户损失。
PQM的存储空间通常是有限的，且录制尽可能完整的扰动过程对于电压暂降分析尤为重要。实际应用中，通常采用缩短稳态过程和降低PQM采样频率的方法来满足上述要求。然而，现有的扰动信号提取方法在处理短稳态过程和低采样频率方面的适应性有待提高。
现有的经典电压暂降扰动量提取方法，均是以一个周期内的采样点数N为最小单位，将扰动期间一个周期内的N个采样点与稳态对应周期的N个采样点依次作差提取扰动信号，当N恰好为整数时，经典方法具有极高的信噪比。然而，节点规模庞大的配电网部署有海量采集终端(如DTU，FTU，TTU等)，利用好这些采集终端对于配电网电压暂降定位具有极其重要的现实意义。出于经济性考虑，上述采集终端的采样频率通常很低，从而导致绝大多数情况下N为非整数，与其真实值存在一定误差。因此，研究针对低采样频率下的电压暂降扰动信号提取方法显得十分重要。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种配电网电压暂降监测数据处理方法，当电网的稳态电压为理想的正弦波时，仅需两个连续的稳态采样点即可构建理想的稳态电压波形，从而完成电压暂降扰动量的提取。本发明方法可降低对工频周期内采样周波数N的依赖，减小Ns取整引入的累计失真。同时，稳态波形x(t)的高次频率分量可根据应用需要而定，频率分量越完整，提取的扰动量信噪比越高，频率分量越少，波形重构和扰动提取的速度越快。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种配电网电压暂降监测数据处理方法，包括以下步骤：
(1)假设电网的稳态电压为理想的正弦波；
(2)取稳态波形中连续的两个采样点；
(3)构建稳态波形的时域连续表达式；
(4)提取对应相的电压暂降扰动量。
进一步地，所述步骤(2)中取稳态波形中连续的两个采样点方法如下：
电压暂降扰动信号，理论上是通过扰动期间的波形与假定该过程无扰动的稳态波形作差得到，由于无扰动的稳态波形无法从PQM中获取，通常采用扰动前的波形替代，如式(1)所示
Figure BDA0003616374310000021
式中，i为PQM序号；x泛指电压或电流，为3×1型列向量，
Figure BDA0003616374310000022
表示PQM序号i的扰动a相、b相、c相电压或电流波形；
Figure BDA0003616374310000023
表示PQM序号i的扰动期间a相、b相、c相电压或电流波形；
Figure BDA0003616374310000024
表示PQM序号i的扰动前a相、b相、c相电压或电流波形；下标d、f、p分别代表扰动波形、扰动期间和扰动发生之前PQM存储的波形；式(1)中波形x是连续的，而实际PQM中存储的是离散数值，故对应的电压暂降扰动信号离散化表达如式(2)所示
Figure BDA0003616374310000025
式中，
Figure BDA0003616374310000026
表示采样点序号n的扰动a相、b相、c相电压或电流波形，其中n代表扰动期间的采样点序号，n≥0；n0为扰动起始时刻的采样序号；N为PQM在一个工频周期中的采样点数；K为正整数，其不同取值方式对应不同的扰动信号提取方法；
假定x(n)是采样频率为fs的PQM在理想工频电压
Figure BDA00036163743100000210
上的采样序列，xA和xB是x(n)的连续两次采样值，该采样值满足方程组(3)：
Figure BDA0003616374310000027
式中，Um、f分别为工频电压的幅值和频率；Ts为PQM连续两次采样点的间隔时间；
Figure BDA0003616374310000028
和t分别为电压波形的起始相位和采样时间，是待求未知量。
进一步地，所述步骤(3)中构建稳态波形的时域连续表达式方法如下：
令
Figure BDA0003616374310000029
整体作为电压波形的初始相位求解，由公式(3)可得φ＝arccos(xA/Um)，结合三角函数的周期性和奇偶性可知，φ在一个周期内有2个实数解φ0和φ1；由于Um、Ts和f均已知，计算φi(i＝0,1)对应的下一采样时刻的唯一取值xBi＝Umcos(φi+2πf·Ts)；计算xBi与实际采样值xB的距离di＝|xBi-xB|，取di较小者所对应的φi为所求的初相位φ；通过公式(4)构建理想的稳态电压波形：
xp(n)＝Um cos(φ+2πf·nTs) (4)
式中，n为采样点序号，xp(n)为扰动发生之前PQM存储的波形。
进一步地，所述步骤(4)中提取对应相的电压暂降扰动量的方法如下：
将公式(4)中得到的xp(n)代入公式(2)替换
Figure BDA0003616374310000031
的对应相即可提取出该相的电压暂降扰动量，重复上述步骤完成a相、b相、c相的电压和电流的扰动量提取。
本发明的有益成果：
本发明方法创新点在于当电网的稳态电压为理想的正弦波时，仅需两个连续的稳态采样点即可构建理想的稳态电压波形，从而完成电压暂降扰动量的提取。本发明方法可降低对工频周期内采样周波数N的依赖，减小Ns取整引入的累计失真。同时，稳态波形x(t)的高次频率分量可根据应用需要而定，频率分量越完整，提取的扰动量信噪比越高，频率分量越少，波形重构和扰动提取的速度越快。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为具体实施例中波形重构法II的稳态波形重构流程图。
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晰、详细地描述。
本发明提出了配电网电压暂降监测数据处理方法，配电网电压暂降监测数据处理方法，包括以下步骤：
假设电网的稳态电压为理想的正弦波；取稳态波形中连续的两个采样点，方法如下：
电压暂降扰动信号，理论上是通过扰动期间的波形与假定该过程无扰动的稳态波形作差得到，由于无扰动的稳态波形无法从PQM中获取，通常采用扰动前的波形替代，如式(1)所示
Figure BDA0003616374310000032
式中，i为PQM序号；x泛指电压或电流，为3×1型列向量，
Figure BDA0003616374310000033
表示PQM序号i的扰动a相、b相、c相电压或电流波形；
Figure BDA0003616374310000034
表示PQM序号i的扰动期间a相、b相、c相电压或电流波形；
Figure BDA0003616374310000035
表示PQM序号i的扰动前a相、b相、c相电压或电流波形；下标d、f、p分别代表扰动波形、扰动期间和扰动发生之前PQM存储的波形；式(1)中波形x是连续的，而实际PQM中存储的是离散数值，故对应的电压暂降扰动信号离散化表达如式(2)所示
Figure BDA0003616374310000041
式中，
Figure BDA0003616374310000042
表示采样点序号n的扰动a相、b相、c相电压或电流波形，其中n代表扰动期间的采样点序号，n≥0；n0为扰动起始时刻的采样序号；N为PQM在一个工频周期中的采样点数；K为正整数，其不同取值方式对应不同的扰动信号提取方法；
假定x(n)是采样频率为fs的PQM在理想工频电压
Figure BDA0003616374310000043
上的采样序列，xA和xB是x(n)的连续两次采样值，该采样值满足方程组(3)：
Figure BDA0003616374310000044
式中，Um、f分别为工频电压的幅值和频率；Ts为PQM连续两次采样点的间隔时间；
Figure BDA0003616374310000045
和t分别为电压波形的起始相位和采样时间，是待求未知量。
然后构建稳态波形的时域连续表达式方法如下：
令
Figure BDA0003616374310000046
整体作为电压波形的初始相位求解，由公式(3)可得φ＝arccos(xA/Um)，结合三角函数的周期性和奇偶性可知，φ在一个周期内有2个实数解φ0和φ1；由于Um、Ts和f均已知，计算φi(i＝0,1)对应的下一采样时刻的唯一取值xBi＝Umcos(φi+2πf·Ts)；计算xBi与实际采样值xB的距离di＝|xBi-xB|，取di较小者所对应的φi为所求的初相位φ；通过公式(4)构建理想的稳态电压波形：
xp(n)＝Um cos(φ+2πf·nTs) (4)
式中，n为采样点序号，xp(n)为扰动发生之前PQM存储的波形。
最后提取对应相的电压暂降扰动量的方法如下：
将公式(4)中得到的xp(n)代入公式(2)替换
Figure BDA0003616374310000047
的对应相即可提取出该相的电压暂降扰动量，重复上述步骤完成a相、b相、c相的电压和电流的扰动量提取。该算法的详细过程如图2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种配电网电压暂降监测数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)假设电网的稳态电压为理想的正弦波；
(2)取稳态波形中连续的两个采样点；
(3)构建稳态波形的时域连续表达式；
(4)提取对应相的电压暂降扰动量。
2.根据权利要求1所述的一种配电网电压暂降监测数据处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中取稳态波形中连续的两个采样点方法如下：
电压暂降扰动信号，理论上是通过扰动期间的波形与假定该过程无扰动的稳态波形作差得到，由于无扰动的稳态波形无法从PQM中获取，通常采用扰动前的波形替代，如式(1)所示
Figure FDA0003616374300000011
式中，i为PQM序号；x泛指电压或电流，为3×1型列向量，
Figure FDA0003616374300000012
表示PQM序号i的扰动a相、b相、c相电压或电流波形；
Figure FDA0003616374300000013
表示PQM序号i的扰动期间a相、b相、c相电压或电流波形；
Figure FDA0003616374300000014
表示PQM序号i的扰动前a相、b相、c相电压或电流波形；下标d、f、p分别代表扰动波形、扰动期间和扰动发生之前PQM存储的波形；式(1)中波形x是连续的，而实际PQM中存储的是离散数值，故对应的电压暂降扰动信号离散化表达如式(2)所示
Figure FDA0003616374300000015
式中，
Figure FDA0003616374300000016
表示采样点序号n的扰动a相、b相、c相电压或电流波形，其中n代表扰动期间的采样点序号，n≥0；n0为扰动起始时刻的采样序号；N为PQM在一个工频周期中的采样点数；K为正整数，其不同取值方式对应不同的扰动信号提取方法；
假定x(n)是采样频率为fs的PQM在理想工频电压
Figure FDA0003616374300000017
上的采样序列，xA和xB是x(n)的连续两次采样值，该采样值满足方程组(3)：
Figure FDA0003616374300000018
式中，Um、f分别为工频电压的幅值和频率；Ts为PQM连续两次采样点的间隔时间；
Figure FDA0003616374300000019
和t分别为电压波形的起始相位和采样时间，是待求未知量。
3.根据权利要求2所述的一种配电网电压暂降监测数据处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中构建稳态波形的时域连续表达式方法如下：
令
Figure FDA0003616374300000021
整体作为电压波形的初始相位求解，由公式(3)可得φ＝arccos(xA/Um)，结合三角函数的周期性和奇偶性可知，φ在一个周期内有2个实数解φ0和φ1；由于Um、Ts和f均已知，计算φi(i＝0,1)对应的下一采样时刻的唯一取值xBi＝Umcos(φi+2πf·Ts)；计算xBi与实际采样值xB的距离di＝|xBi-xB|，取di较小者所对应的φi为所求的初相位φ；通过公式(4)构建理想的稳态电压波形：
xp(n)＝Um cos(φ+2πf·nTs) (4)
式中，n为采样点序号，xp(n)为扰动发生之前PQM存储的波形。
4.根据权利要求3所述的一种配电网电压暂降监测数据处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中提取对应相的电压暂降扰动量的方法如下：
将公式(4)中得到的xp(n)代入公式(2)替换
Figure FDA0003616374300000022
的对应相即可提取出该相的电压暂降扰动量，重复上述步骤完成a相、b相、c相的电压和电流的扰动量提取。
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