CN205139244U - 输电线主谐波源方向指示仪 - Google Patents
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Abstract
输电线主谐波源方向指示仪，涉及电力系统谐波分析技术领域。本实用新型包括一个用于测量输电线供电侧的谐波用功功率和无功功率的主机和一个用于测量输电线用户侧的谐波用功功率和无功功率的辅机，在主机和辅机之间通过数据通讯连接。本实用新型具备实时的在线式的输电线主谐波源方向指示功能，本实用新型依据输电线两端的谐波有功功率和无功功率——共四个功率值确定主谐波源方向，结果准确且克服已有技术缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统谐波分析技术领域。
背景技术
随着科学技术和国民经济的快速发展，大量非线性负载和新能源发电设备接入电网，电力系统的电能质量形势越来越严峻，这其中，谐波污染是最为突出的问题之一。
为此，电力系统已经越来越多地采用谐波监测装置、谐波治理装置等现代手段提高电能质量，但谐波源准确定位仍然是一个国际性的难题。不准确定位谐波源——污染责任就不能正确划分，不准确定位谐波源——治理方案就难以有的放矢。
电力工程中确定主谐波源最常用的方法是‘谐波有功功率方向法’，2003年WilsunXu,和XianLiu在他们的著名论文“AnInvestigationontheValidityofPower-DirectionMethodforHarmonicSourceDetermination”（IEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY,VOL.18,NO.1,JANUARY2003）中已经论证了：谐波有功功率方向不能代表主谐波源的方向。
由于谐波有功功率不能代表主谐波源的方向，本发明提出一种输电线主谐波源方向指示仪，专门用于在线实时指示输电线主谐波的方向。传统的谐波有功功率方向法只靠公共连接点（PCC）的谐波有功功率确定主谐波源方向，输电线主谐波源方向指示仪依据输电线两端的谐波有功功率和无功功率——共4个功率值确定主谐波源方向，输电线主谐波源方向指示仪对电力系统的谐波分析无疑非常有用。
发明内容
本发明提出一种能克服已有技术缺陷的输电线主谐波源方向指示仪。
本发明包括一个用于测量输电线供电侧的谐波用功功率和无功功率的主机和一个用于测量输电线用户侧的谐波用功功率和无功功率的辅机，在主机和辅机之间通过数据通讯连接。
所述主机包括供电侧电压互感器、供电侧电流互感器、供电侧模数转换模块、供电侧谐波功率测量模块、供电侧谐波等效阻抗测量模块、谐波传播方向识别模块、谐波方向指示仪和第一数据接口模块；输电线供电侧的模拟电压和模拟电流分别通过供电侧电压互感器和供电侧电流互感器连接在供电侧模数转换模块的输入端；供电侧模数转换模块的一个输出端通过供电侧的谐波等效阻抗测量模块连接在供电侧谐波传播方向识别模块的一个输入端；供电侧谐波功率测量模块一端连接供电侧模数转换模块，另一端通过谐波传播方向识别模块连接在谐波方向指示仪的信号输入端，所述第一数据接口模块与谐波传播方向识别模块连接。
所述辅机包括用户侧电压互感器、用户侧电流互感器、用户侧模数转换模块、用户侧谐波功率测量模块、用户侧谐波等效阻抗测量模块和第二数据接口模块；输电线用户侧的模拟电压和模拟电流分别通过用户侧电压互感器和用户侧电流互感器连接在用户侧模数转换模块的输入端；用户侧模数转换模块的一个输出端通过用户侧的谐波等效阻抗测量模块与第二数据接口模块连接；用户侧谐波功率测量模块一端连接用户侧模数转换模块，另一端与第二数据接口模块连接；所述第二数据接口模块和第一数据接口模块之间通过数据通讯连接。
本发明的主机用于测量输电线供电侧（即近端）的谐波用功功率和无功功率，而辅机则用于测量输电线用户侧（即远端）的谐波用功功率和无功功率，主机和辅机之间可以采用无线（GPRS）或以太网进行数据通讯。
主机的输入信号是近端的模拟电压和模拟电流，和分别经电压互感器PT1和电流互感器CT1送到模数转换模块ADC1的输入端，ADC1将模拟信号转化为数字信号。ADC1的输出送到谐波功率测量模块HPQ1，HPQ1利用数字电压信号和数字电流信号计算出近端的各次谐波有功功率和无功功率，HPQ1的输出送到谐波传播方向识别模块HDI，同时送到谐波传播方向识别模块HDI的还有各次谐波等效阻抗测量。
辅机的输入信号是远端的模拟电压和模拟电流，和分别经电压互感器PT2和电流互感器CT2送到模数转换模块ADC2的输入端，ADC2将模拟电压信号转化为数字信号。ADC2的输出送到谐波功率测量模块HPQ2，HPQ2利用数字电压信号和数字电流信号计算出远端的各次谐波有功功率和无功功率，HPQ2的输出送到数据通信模块CM2，CM2将远端的各次谐波有功功率、谐波无功功率和谐波等效阻抗送到主机的数据通信模块CM1。
本发明主机的谐波传播方向识别模块HDI根据近端的各次谐波有功功率和无功功率、远端的各次谐波有功功率和无功功率、近端各次谐波等效阻抗、远端各次谐波等效阻抗按特定方法识别谐波传播方向，谐波传播方向由谐波方向指示器实时显示。谐波传播方向识别模块HDI识别谐波方向的方法如下：
从近端向供电侧看是一个有源（h次谐波源）二端网络，设其h次谐波等效阻抗为，从近端向用户侧看也是一个有源（h次谐波源）二端网络，设其h次谐波等效阻抗为。
从远端向供电侧看是一个有源（h次谐波源）二端网络，设其h次谐波等效阻抗为，从近端向用户侧看也是一个有源（h次谐波源）二端网络，设其h次谐波等效阻抗为。
这些谐波阻抗值可以按电力系统的常规方法预先计算出来——存储在存储器中，也可以通过在线辨识得到（具体方法可参见有关技术文献，本处不复赘述）。
设近端测得的h次谐波功率为，远端测得的h次谐波功率为，计算主谐波源方向指数。
谐波传播方向识别模块HDI根据近端测量到的h次谐波有功功率（）和h次谐波无功功率（）、远端测量到的h次谐波有功功率（）和h次谐波无功功率（）计算出h次谐波方向指数，方法是：，
其中，是一组系数，
运用电路基本原理可以证明：如果dh>0则h次主谐波源位于供电侧，如果dh<0则h次主谐波源位于用户侧，如果dh=0则供电侧和用户侧的h次谐波源难分主次。谐波方向指示器根据方向指数dh的符号指示主谐波源的方向。
本发明区别与已有的同类产品的突出优点：
1、已有的同类产品只具备谐波监测和离线分析功能，不具备实时的在线式的输电线主谐波源方向指示功能，换而言之，已有的同类产品不具备主谐波源方向指示功能，本发明填补了这一功能性的空白。
2、已有的同类产品只靠公共连接点（PCC）的谐波有功功率确定主谐波源方向，无法获得正确的结果，本发明依据输电线两端的谐波有功功率和无功功率——共四个功率值确定主谐波源方向，结果准确且克服已有技术缺陷。
附图说明
图1为本发明在电力系统中的安装示意图。
图2为本发明主机的结构示意图。
图3为本发明辅机的结构示意图。
具体实施方式
本发明在电力系统中的安装位置如图1所示，TV是系统的电压互感器，TA是系统的电流互感器。谐波方向指示仪包括一个主机1和一个辅机2，主机1测量输电线“近端”的谐波用功功率和无功功率，辅机2测量输电线“远端”的谐波用功功率和无功功率，主机1和辅机2之间进行数据通讯。“近端”就是输电线靠近供电侧的一端，“远端”就是输电线靠近用户侧的一端。
如图2所示，主机包括供电侧电压互感器11、供电侧电流互感器12、供电侧模数转换模块13、供电侧谐波功率测量模块14、供电侧谐波等效阻抗测量模块15、谐波传播方向识别模块16、谐波方向指示仪17和第一数据接口模块18。输电线供电侧的模拟电压和模拟电流分别通过供电侧电压互感器11和供电侧电流互感器12连接在供电侧模数转换模块13的输入端；供电侧模数转换模块13的一个输出端通过供电侧的谐波等效阻抗测量模块15连接在供电侧谐波传播方向识别模块16的一个输入端；供电侧谐波功率测量模块14一端连接供电侧模数转换模块13，另一端通过谐波传播方向识别模块16连接在谐波方向指示仪17的信号输入端。第一数据接口模块18与谐波传播方向识别模块16连接。
如图3所示，辅机包括用户侧电压互感器21、用户侧电流互感器22、用户侧模数转换模块23、用户侧谐波功率测量模块24、用户侧谐波等效阻抗测量模块25和第二数据接口模块26。输电线用户侧的模拟电压和模拟电流分别通过用户侧电压互感器21和用户侧电流互感器22连接在用户侧模数转换模块23的输入端；用户侧模数转换模块23的一个输出端通过用户侧的谐波等效阻抗测量模块25与第二数据接口模块26连接；用户侧谐波功率测量模块24一端连接用户侧模数转换模块23，另一端与第二数据接口模块26连接。
主机1和辅机2都有电压互感器PT、电流互感器CT、模数转换模块ADC、谐波功率测量模块HPQ，PT、CT可选用微型电磁式电压、电流互感器，ADC可选用16位模数转换器，HPQ可选用32位DSP（数字信号处理器）来实现。
主机的谐波传播方向识别模块HDI可由32位DSP来实现，主机1和辅机2之间的数据通讯可以是无线（GPRS）也可以是以太网。谐波方向指示器可以是LCD显示器也可以是两个指示灯。
Claims (3)
1.一种输电线主谐波源方向指示仪，其特征在于包括一个用于测量输电线供电侧的谐波用功功率和无功功率的主机和一个用于测量输电线用户侧的谐波用功功率和无功功率的辅机，在主机和辅机之间通过数据通讯连接。
2.根据权利要求1所述输电线主谐波源方向指示仪，其特征在于所述主机包括供电侧电压互感器、供电侧电流互感器、供电侧模数转换模块、供电侧谐波功率测量模块、供电侧谐波等效阻抗测量模块、谐波传播方向识别模块、谐波方向指示仪和第一数据接口模块；输电线供电侧的模拟电压和模拟电流分别通过供电侧电压互感器和供电侧电流互感器连接在供电侧模数转换模块的输入端；供电侧模数转换模块的一个输出端通过供电侧的谐波等效阻抗测量模块连接在供电侧谐波传播方向识别模块的一个输入端；供电侧谐波功率测量模块一端连接供电侧模数转换模块，另一端通过谐波传播方向识别模块连接在谐波方向指示仪的信号输入端，所述第一数据接口模块与谐波传播方向识别模块连接。
3.根据权利要求2所述输电线主谐波源方向指示仪，其特征在于所述辅机包括用户侧电压互感器、用户侧电流互感器、用户侧模数转换模块、用户侧谐波功率测量模块、用户侧谐波等效阻抗测量模块和第二数据接口模块；输电线用户侧的模拟电压和模拟电流分别通过用户侧电压互感器和用户侧电流互感器连接在用户侧模数转换模块的输入端；用户侧模数转换模块的一个输出端通过用户侧的谐波等效阻抗测量模块与第二数据接口模块连接；用户侧谐波功率测量模块一端连接用户侧模数转换模块，另一端与第二数据接口模块连接；所述第二数据接口模块和第一数据接口模块之间通过数据通讯连接。
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| CN105403770A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-16 | 国网新疆电力公司电力科学研究院 | 输电线主谐波源方向指示仪 |
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| CN105403770B (zh) * | 2015-11-10 | 2018-02-23 | 国网新疆电力公司电力科学研究院 | 输电线主谐波源方向指示仪 |
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