基于阻抗約束的判斷用戶側(cè)為主諧波源的諧波溯源方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于阻抗約束的判斷用戶側(cè)為主諧波源的諧波溯源方法，包括：對(duì)出現(xiàn)諧波污染的公共連接點(diǎn)PCC處電壓和電流波形進(jìn)行采集，找出含量較高且需要進(jìn)行諧波溯源的諧波次數(shù)。得出兩側(cè)對(duì)PCC處諧波電壓貢獻(xiàn)度大?。桓鶕?jù)兩側(cè)阻抗固有特征，簡(jiǎn)化判斷用戶側(cè)為主要諧波源時(shí)需要滿足的嚴(yán)格不等式條件；由PCC處諧波電壓和諧波電流測(cè)量信息，可直接或間接得到不等式約束條件中的全部參數(shù)；根據(jù)兩側(cè)阻抗的性質(zhì)及PCC處諧波電壓電流夾角的范圍，選擇相應(yīng)的不等式約束條件，若滿足不等式約束條件，則可判斷用戶側(cè)為主要諧波源。該方法可用于解決判斷公共連接點(diǎn)處用戶側(cè)是否為主要諧波源的諧波溯源問(wèn)題，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。
【專利說(shuō)明】
基于阻抗約束的判斷用戶側(cè)為主諧波源的諧波溯源方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電能質(zhì)量諧波分析領(lǐng)域，尤其涉及利用公共連接點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷用戶 側(cè)為主要諧波源的諧波溯源方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電能質(zhì)量干擾源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題一直是電力規(guī)劃中關(guān)注的重要問(wèn)題。早 期的擾動(dòng)負(fù)荷較簡(jiǎn)單，隨著技術(shù)的發(fā)展，大量更復(fù)雜的非線性負(fù)荷接入，增加了電能質(zhì)量干 擾源的復(fù)雜性和多變性，使電力系統(tǒng)中的諧波污染問(wèn)題變得日益嚴(yán)重，給電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 及用戶的安全用電造成了極大的影響。
[0003] 對(duì)電能質(zhì)量干擾進(jìn)行溯源分析，以及確定各電能質(zhì)量污染源是進(jìn)一步完善電能質(zhì) 量管理的前提。有助于解決供用電雙方電能質(zhì)量污染不明確的問(wèn)題，對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供電 具有重要意義。而諧波溯源一直是諧波研究中的一個(gè)難點(diǎn)：一是由于電網(wǎng)元件參數(shù)的諧波 分散性，會(huì)影響電網(wǎng)元件在諧波頻率下的計(jì)算精度;二是由于系統(tǒng)側(cè)諧波源大小不能直接 測(cè)量，因此，對(duì)主諧波源的追溯成為難點(diǎn)。
[0004] 在判斷PCC(公共連接點(diǎn)，Point of Common Coupling)處主要諧波源時(shí)，系統(tǒng)側(cè)諧 波阻抗的計(jì)算是關(guān)鍵。由于PCC處諧波電壓和諧波電流可以通過(guò)測(cè)量直接得到。系統(tǒng)側(cè)諧波 阻抗估計(jì)的準(zhǔn)確與否也就決定了諧波溯源的準(zhǔn)確性。當(dāng)采用"干預(yù)式"的方法來(lái)估算系統(tǒng)側(cè) 諧波阻抗時(shí)，利用向系統(tǒng)注入諧波/間諧波電流、通斷某支路(如：電容補(bǔ)償支路)或啟停負(fù) 荷等人為方式產(chǎn)生的附加擾動(dòng)量，來(lái)估算系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗，得到的估算結(jié)果較為可靠。但是 這種擾動(dòng)很可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，另外，在很多場(chǎng)合，不存在可以投切的 電氣元件和設(shè)備。因此，工程上常采用"非干預(yù)式"方法，該方法是通過(guò)測(cè)量PCC處諧波電壓 和諧波電流判斷諧波阻抗進(jìn)而確定主要諧波源作用大小。典型的方法有波動(dòng)量法、回歸法。 這些方法有效的前提在于找到背景諧波不變的樣本。PCC處的諧波電壓是由用戶側(cè)和系統(tǒng) 側(cè)雙方共同決定的，在實(shí)際電力系統(tǒng)中，用戶側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的諧波電流也是同時(shí)波動(dòng)的，PCC 處諧波電壓的波動(dòng)也是由用戶側(cè)和系統(tǒng)側(cè)雙方共同決定的。因此，在系統(tǒng)背景諧波波動(dòng)較 大時(shí)，以往的"非干預(yù)式"方法的計(jì)算結(jié)果往往滿足不了工程精度的要求。隨機(jī)獨(dú)立矢量 法、極大似然估計(jì)法、獨(dú)立分量法、支持向量機(jī)、貝葉斯等方法在一定程度上消除了背景諧 波波動(dòng)的影響，但上述方法并沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的改變，都是基于用戶側(cè)重要諧波源的基礎(chǔ)上，來(lái) 判斷其諧波責(zé)任大小，當(dāng)PCC處諧波主要不是用戶側(cè)諧波造成時(shí)，這類方法不能得到滿意的 結(jié)果。電網(wǎng)諧波阻抗具有一些固有特性，在一定條件下既可能呈感性，也可能呈容性，但多 數(shù)條件下呈感性。且系統(tǒng)阻抗與用戶阻抗相對(duì)大小幾乎是確定的。通常阻抗幅值的估計(jì)相 比阻抗夾角的估計(jì)更為準(zhǔn)確。
[0005] 為此，本發(fā)明方法給出了一種基于阻抗約束的判斷用戶側(cè)為主諧波源的諧波溯源 方法，該方法在等效模型建立、公共連接點(diǎn)選取和數(shù)據(jù)測(cè)量等方面都很簡(jiǎn)便，與其他傳統(tǒng)方 法相比有著較快的求解速度，不需要搭建復(fù)雜的仿真模型和仿真模型所需精確的模型參 數(shù)，并且方法不需要難以計(jì)算得到的系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗角，判斷條件中所需要的參數(shù)為PCC處 諧波電壓和諧波電流的幅值和夾角及系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗幅值，所有參數(shù)都方便獲得，都可以 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)直接或間接得到，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。本方法可以準(zhǔn)確判斷用戶側(cè)為PCC 處的主要諧波源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何正判斷用戶側(cè)為主要諧波源。針對(duì)系統(tǒng)側(cè)和用 戶側(cè)諧波源大小不能直接測(cè)量的難點(diǎn)，得到一種利用公共連接點(diǎn)處測(cè)量數(shù)據(jù)即可以準(zhǔn)確判 斷用戶側(cè)為主要諧波源的諧波溯源方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 基于阻抗約束的判斷用戶側(cè)為主諧波源的諧波溯源方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟一、用電能質(zhì)量錄波儀對(duì)出現(xiàn)諧波污染的公共連接點(diǎn)PCC處電壓和電流波形 進(jìn)行采集，并利用快速傅里葉變換求出各次諧波的含量或大小，找出含量較高的諧波次數(shù)。
[0010] 步驟二、利用諾頓等值電路作為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)諧波源的分析模型，根據(jù)基爾霍 夫電流定律得：
>其中之、4分別為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)等值諧波電流 源，zu、z。分別為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)等值諧波阻抗，〇_、分別為PCC處測(cè)得的h次(諧波次數(shù)） 諧波電壓和諧波電流。以諧波電壓為參考相量，1=^-Ζ0°(ν)，則諧波電流'=/ρεεΖ舛A)，V 為電壓?jiǎn)挝环琣為電流單位安，φ為諧波電壓和電流的夾角，?ν的幅值為υΡ。。，4=的幅值為 ιΡ。。^外，4的幅值為iu，4的幅值為I。；的幅值為|zu|，z。的幅值為|z c|。
[0011]步驟三、根據(jù)電壓矢量疊加原理，對(duì)pcc處諧波電壓進(jìn)行分解，求出兩側(cè)對(duì)pcc處諧波 電壓畸變貢獻(xiàn)度大小。用戶側(cè)為主要諧波源的充分必要條件是Ic>Iu，等價(jià)于Ι^-Ι^Χ)，以諧波 電壓電流夾角夢(mèng)及系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗角a u和用戶側(cè)諧波阻抗角α。為自變量，并根據(jù)，和的表 達(dá)式，將其模長(zhǎng)求平方，公式變形為
[0012] 步驟四、根據(jù)步驟三中Iu2和Ic2的表達(dá)式可得I c2-Iu2的表達(dá)式
[0013]
，通過(guò)判斷表達(dá)式右邊大于零，即 可作為判斷用戶側(cè)為主要諧波源的條件，若有
[0014]
.則可判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0015] 步驟五、因?yàn)殡y以得到使不等式成立的阻抗參數(shù)條件，所以需要根據(jù)阻抗性質(zhì)及 測(cè)量角度的不同詳細(xì)討論并分類推導(dǎo)。工程上常用來(lái)判斷主要諧波源位置的諧波有功功率 方向法，判斷用戶側(cè)為主要諧波源時(shí)，PCC處諧波電壓電流夾角在第二、三象限（90°，270°) 范圍。
[0016] 情況1、系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)阻抗同為感性:當(dāng)測(cè)量得到的夾角P在第二象限時(shí)，有
[0018]式中：兩側(cè)阻抗幅值的比值k= |ZC|/|ZU|。因?yàn)橛脩魝?cè)諧波阻抗模長(zhǎng)大于系統(tǒng)側(cè)諧 波阻抗模長(zhǎng)（I Z。I > I Zu I )，
），因?yàn)閮蓚?cè)阻抗同為感性，au和a。屬 于(0°，90°)范圍，簡(jiǎn)化后的判斷條件公式右邊的余弦項(xiàng)恒為負(fù)，不等式右邊恒為正。
[0019] 簡(jiǎn)化后的判斷條件未直接涉及兩側(cè)阻抗的倍數(shù)關(guān)系，進(jìn)一步研究?jī)蓚?cè)阻抗倍數(shù)k 變化對(duì)夾角f有效范圍的影響，可得隨著k值的增大，夾角0的有效范圍快速收斂于簡(jiǎn)化后 的判斷條件，并且無(wú)論k取何值，簡(jiǎn)化后的判斷條件的判斷結(jié)果永遠(yuǎn)位于正確結(jié)果的區(qū)間 內(nèi)。
[0020] 由于實(shí)際工程中，難以獲得阻抗角^的精確值，為消除阻抗角的影響，將PCC處諧 波電壓電流夾角^分為第二象限(90°，135°)和（135°，270°)兩個(gè)區(qū)域討論。
[0021] ①夾角Η立于第二象限（90°，135°)區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)阻抗角％為(0°，90°)范圍任意 值時(shí)，-2'c〇咖+?0的最小值為可得，
?②夾角Η立于第二象限 (135°，180°)區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)阻抗角α^(〇°，90°)范圍任意值時(shí)，-2/_鎭(切+ ?〇的最小值為 2/presi-，可得
[0022；
作為判斷條件：當(dāng)夾角立于第二象限（90°， 135°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式
1的條件，或當(dāng)夾角P位于第二象限 (135°，180°)區(qū)域，若?0：處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式的條件時(shí)，可以判斷用戶側(cè)為 主要諧波源。
[0023] 判斷條件中，除了諧波電壓電流幅值及其夾角為測(cè)量值之外，還需要已知系統(tǒng)側(cè) 諧波阻抗幅值，在諧波責(zé)任劃分問(wèn)題中，已有多種方法可以根據(jù)PCC處的諧波電壓電流測(cè)量 值計(jì)算得到系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗幅值，判斷條件中的四個(gè)量均可通過(guò)測(cè)量直接或間接得到，更 便于實(shí)際工程應(yīng)用。
[0024] 情況2、當(dāng)系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗和用戶側(cè)諧波阻抗為容性時(shí)：
[0025] 當(dāng)P在第三象限且系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗Zu和用戶側(cè)諧波阻抗Zc為容性時(shí)，推導(dǎo)過(guò)程與上 述類似，所有區(qū)間邊界值與Z u和Zc同為感性在180°處具有鏡像對(duì)稱性，且判斷條件不變。即：
當(dāng)夾角Η立于第三象限（225°，270°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式 件，或當(dāng)夾角Μ立于第三象限（180°，22 5° )區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式
的條件時(shí)，可以判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0026] 步驟六、對(duì)判斷用戶側(cè)為主要諧波源的分析可知，當(dāng)PCC處諧波有功功率方向由用 戶側(cè)指向系統(tǒng)側(cè)時(shí)，不能直接判斷用戶側(cè)為主要諧波源，還需根據(jù)阻抗性質(zhì)及諧波電壓電 流測(cè)量夾角所對(duì)應(yīng)的不同約束條件進(jìn)一步判斷，對(duì)方法進(jìn)行歸納（I Ζ。| > | Zu | )，見下表： [0027]判斷用戶側(cè)為主要諧波源
[0029] 本發(fā)明方法只研究?jī)蓚?cè)阻抗性質(zhì)相同的情況，關(guān)于性質(zhì)不同的情況，不好得出使 諧波有功功率方向法適用的阻抗約束條件，得出的條件較復(fù)雜，不易于實(shí)際工程應(yīng)用。
[0030] 本發(fā)明方法在等效模型建立、公共連接點(diǎn)選取和數(shù)據(jù)測(cè)量等方面都很簡(jiǎn)便，與其 他傳統(tǒng)方法相比有著較快的求解速度，不需要搭建復(fù)雜的仿真模型和仿真模型所需精確的 模型參數(shù)，并且方法不需要難以計(jì)算得到的系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗角，判斷條件中所有參數(shù)都只 需根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)直接或間接得到，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1是判斷用戶側(cè)為主要諧波源的方法流程圖；
[0032] 圖2是系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)諧波源諾頓等效電路圖；
[0033] 圖3是阻抗倍數(shù)值的影響分析趨勢(shì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的判斷用戶側(cè)為主要諧波源的諧波溯源方法的具體實(shí)施 方式作詳細(xì)描述。
[0035]具體實(shí)施步驟如下：
[0036] 步驟一、用電能質(zhì)量錄波儀對(duì)出現(xiàn)諧波污染的公共連接點(diǎn)PCC處電壓和電流波形 進(jìn)行采集，并利用快速傅里葉變換求出各次諧波的含量或大小，找出含量較高的諧波次數(shù)。
[0037] 步驟二、利用圖2所示的諾頓等值電路作為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)諧波源的分析模型，根 據(jù)基爾霍夫電流定律得：
[0039] 其中/u、人分別為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)等值諧波電流源，ZU、Z。分別為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè) 等值諧波阻抗，t分別為PCC處測(cè)得的h次諧波電壓和諧波電流。以諧波電壓為參考相 量，則諧波電流'喝為諧波電壓和電流的夾角，匕的幅值為U P。。， 4c的幅值為Ip。。，之的幅值為Iu，A的幅值為I。；的幅值為|zu|，z。的幅值為|z。|。
[0040] 步驟三、根據(jù)電壓矢量疊加原理，對(duì)PCC處諧波電壓進(jìn)行分解，求出兩側(cè)對(duì)PCC處諧 波電壓畸變貢獻(xiàn)度大小。用戶側(cè)為主要諧波源的充分必要條件是Ic>I u，等價(jià)于Ι^-Ιυ2>〇,以 諧波電壓電流夾角口及兩側(cè)諧波阻抗角為自變量，并根據(jù)Α和4的表達(dá)式，將其模長(zhǎng)求平 方，公式變形為
[0043] 其中，au為系統(tǒng)側(cè)阻抗角，α。為用戶側(cè)阻抗角。
[0044] 步驟四、根據(jù)公式(3)和公式(2)，用公式(2)減公式(3)可得
[0046]通過(guò)判斷公式(4)右邊大于零，即可作為判斷用戶側(cè)為主要諧波源的條件，并對(duì)判 斷條件化簡(jiǎn)，若有
[0048] 則可判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0049] 步驟五、因?yàn)殡y以得到使不等式成立的阻抗參數(shù)條件，所以需要根據(jù)阻抗性質(zhì)及 測(cè)量角度的不同詳細(xì)討論并分類推導(dǎo)。工程上常用來(lái)判斷主要諧波源位置的諧波有功功率 方向法，判斷用戶側(cè)為主要諧波源時(shí)，PCC處諧波電壓電流夾角在第二、三象限（90°，270°) 范圍。
[0050] 步驟六、系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)阻抗同為感性:當(dāng)測(cè)量得到的夾角⑦在第二象限時(shí)，有
[0052]式中：兩側(cè)阻抗幅值的比值k= |ZC|/|ZU|。因?yàn)橛脩魝?cè)諧波阻抗模長(zhǎng)大于系統(tǒng)側(cè)諧 波阻抗模長(zhǎng)（|zc|>|zu|)，所以簡(jiǎn)化得
[0054] 因?yàn)閮蓚?cè)阻抗同為感性，a4Pac屬于(0°，90°)范圍，所以式(7)中的簡(jiǎn)化判斷條件 公式右邊的余弦項(xiàng)恒為負(fù)，不等式右邊恒為正。
[0055] 步驟七、公式(7)中未直接涉及兩側(cè)阻抗的倍數(shù)關(guān)系，需要進(jìn)一步研究?jī)蓚?cè)阻抗倍 數(shù)k變化對(duì)夾角f有效范圍的影響。設(shè)計(jì)仿真算例，以兩側(cè)阻抗同為感性為例，針對(duì)不同阻抗 倍數(shù)值，研究本發(fā)明方法受兩側(cè)阻抗倍數(shù)變化的影響程度。對(duì)多組參數(shù)進(jìn)行仿真，其結(jié)果均 具有相同規(guī)律，圖3為某一情況下有效范圍隨k值變化的仿真結(jié)果。隨著k值的增大，夾角供的 有效范圍快速收斂于公式(7)的范圍，并且無(wú)論k取何值，公式(7)的判斷結(jié)果永遠(yuǎn)位于正確 結(jié)果的區(qū)間內(nèi)，由圖3可知，本發(fā)明方法的判斷結(jié)果為考慮k值變化時(shí)結(jié)果的子集，說(shuō)明本發(fā) 明方法所得結(jié)果是正確的。
[0056] 步驟八、由于實(shí)際工程中，難以獲得阻抗角~的精確值，為消除公式(7)中阻抗角 的影響，將PCC處諧波電壓電流夾角P分為第二象限（90°，135°)和（135°，270°)兩個(gè)區(qū)域討 論區(qū)域。
[0057] ①夾角Η立于第二象限（90°，135°)區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)阻抗角<^為(〇°，90°)范圍任意 值時(shí)，_2/pee COS(供+ ?u)的最小值為-2V cosP由公式⑴得
[0059]②夾角W位于第二象限（135°，180°)區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)阻抗角€[11為(0°，90°)范圍任意 值時(shí)，-2/p cos(p + au)的最小值為2/Ρα ship由公式(7)得
[0061] 步驟九、利用公式(8)和公式(9)，當(dāng)夾角Η立于第二象限(90°，135°)區(qū)域，若PCC處 測(cè)量數(shù)據(jù)滿足公式(8)的不等式條件，或當(dāng)夾角口位于第二象限（135°，180°)區(qū)域，若PCC處 測(cè)量數(shù)據(jù)滿足公式(9)的不等式條件時(shí)，可以判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0062] 步驟十、公式(8)和公式(9)中，除了諧波電壓電流幅值及其夾角為測(cè)量值之外，還 需要已知系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗幅值，在諧波責(zé)任劃分問(wèn)題中，已有多種方法可以根據(jù)PCC處的諧 波電壓電流測(cè)量值計(jì)算得到系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗幅值，公式(8)和公式(9)中的四個(gè)量均可通過(guò) 測(cè)量直接或間接得到，更便于實(shí)際工程應(yīng)用。
[0063] 步驟十一、當(dāng)系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗和用戶側(cè)諧波阻抗為容性時(shí)：
[0064] 當(dāng)9>在第三象限且系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗Zu和用戶側(cè)諧波阻抗Ζ。為容性時(shí)，推導(dǎo)過(guò)程與上 述類似，同樣可以得到公式(7)。所有區(qū)間邊界值與Z u和Z。同為感性在180°處具有鏡像對(duì)稱 性，且判斷條件不變。即當(dāng)夾角P位于第三象限（225°，270°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足公 式(8)的不等式條件，或當(dāng)夾角f位于第三象限（180°，225°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足公 式(9)的不等式條件時(shí)，可以判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0065] 步驟十二、對(duì)判斷用戶側(cè)為主要諧波源的分析可知，當(dāng)PCC處諧波有功功率方向由 用戶側(cè)指向系統(tǒng)側(cè)時(shí)，不能直接判斷用戶側(cè)為主要諧波源，還需根據(jù)阻抗性質(zhì)及諧波電壓 電流測(cè)量夾角所對(duì)應(yīng)的不同約束條件進(jìn)一步判斷：
[0066] ①兩側(cè)諧波阻抗同為感性：當(dāng)夾角P位于第二象限(90°，135°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量 數(shù)據(jù)滿足公式(8)的不等式條件，或當(dāng)夾角?^位于第二象限（135°，180°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量 數(shù)據(jù)滿足公式(9)的不等式條件時(shí)，可以判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0067] ②兩側(cè)諧波阻抗同為容性：當(dāng)夾角Η立于第三象限（225°，270°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量 數(shù)據(jù)滿足公式(8)的不等式條件，或當(dāng)夾角Η立于第三象限（180°，225°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量 數(shù)據(jù)滿足公式(9)的不等式條件時(shí)，可以判斷用戶側(cè)為主要諧波源。
[0068] 并對(duì)方法進(jìn)行歸納（| Zc I > I Zu I )，見下表：
[0069] 表1.判斷用戶側(cè)為主要諧波源
[0071] 判斷用戶側(cè)為主要諧波源的方法流程圖，見圖1。方法在等效模型建立、公共連接 點(diǎn)選取和數(shù)據(jù)測(cè)量等方面都很簡(jiǎn)便，與其他傳統(tǒng)方法相比有著較快的求解速度，不需要搭 建復(fù)雜的仿真模型和仿真模型所需精確的模型參數(shù)，并且方法不需要難以計(jì)算得到的系統(tǒng) 側(cè)諧波阻抗角，判斷條件中所有參數(shù)都只需根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)直接或間接得到，具有較強(qiáng)的工 程實(shí)用性。
[0072] 根據(jù)本發(fā)明的方法，對(duì)某一電弧爐負(fù)荷的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，PCC處的諧波電壓幅 值為316V，諧波電流幅值為68A，諧波電壓電流夾角P為112°，利用系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗估計(jì)方 法，求出系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗幅值I Zu |為10 Ω。電弧爐負(fù)荷為典型的感性負(fù)荷，從PCC處向高壓 側(cè)望去，其系統(tǒng)側(cè)也為感性。將參數(shù)代入公式使得該不等式成立?？梢耘袛?PCC處諧波主要來(lái)自用戶側(cè)。
[0073] 本發(fā)明所提方法實(shí)際工程操作簡(jiǎn)便，與其他傳統(tǒng)方法相比有著較快的求解速度， 不需要利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量計(jì)算，只需根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)即可準(zhǔn)確判斷用戶側(cè)為主要諧波 源，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于阻抗約束的判斷用戶側(cè)為主諧波源的諧波溯源方法，其特征在于包括如下 步驟： 步驟一、用電能質(zhì)量錄波儀對(duì)出現(xiàn)諧波污染的公共連接點(diǎn)PCC處電壓和電流波形進(jìn)行 采集，并利用快速傅里葉變換求出各次諧波的含量或大小，找出含量較高的諧波次數(shù)； 步驟二、利用諾頓等值電路作為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)諧波源的分析模型，根據(jù)基爾霍夫電 流定律捐庚中4、4分別為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)等值諧波電流源， Zu、Z。分別為系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)等值諧波阻抗，巧，。。、ip。。分別為PCC處測(cè)得的h次諧波電壓和諧 波電流；從諧波電壓為參考相量，^^。。。=咕。^〇°(^)，則諧波電流與:。=也。句^從)，￥為電壓?jiǎn)挝?伏，4為電流單位安，^^為諧波電壓和電流的夾角，與。。的幅值為&。。4&的幅值為1。。。，4的幅值 為lu，/。的幅值為ic，Zu的幅值為|Zu|，Zc的幅值為|Zc|; 步驟Ξ、根據(jù)電壓矢量疊加原理，對(duì)PCC處諧波電壓進(jìn)行分解，求出兩側(cè)對(duì)PCC處諧波電壓 崎變貢獻(xiàn)度大?。挥脩魝?cè)為主要諧波源的充分必要條件是等價(jià)于Ie2-Iu2〉〇，W諧波電 壓電流夾角9及系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗角Qu和用戶側(cè)諧波阻抗角Qc為自變量，并根據(jù)么和么的表達(dá) 式，將其模長(zhǎng)求平方，公式變形為步驟四、根據(jù)步驟立中1。哺I。2的表達(dá)式可得1。2-1別勺表達(dá)式通過(guò)判斷表達(dá)式右邊大于零，可作 為判斷用戶側(cè)為主要諧波源的條件，若有則可判斷用戶側(cè)為主要諧波源； 步驟五、工程上用來(lái)判斷主要諧波源位置的諧波有功功率方向法，判斷用戶側(cè)為主要 諧波源時(shí)，PCC處諧波電壓電流夾角在第二、Ξ象限(90° ,270°)范圍； 情況1、系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)阻抗同為感性:當(dāng)測(cè)量得到的夾角r在第二象限時(shí)，有式中：兩側(cè)阻抗幅值的比值k= IZ。I/1 ZuI;因?yàn)橛脩魝?cè)諧波阻抗模長(zhǎng)大于系統(tǒng)側(cè)諧波阻 抗模長(zhǎng)（|瓦|〉|2。|)，所^簡(jiǎn)化福因兩側(cè)阻抗同為感性，Qu和Qc屬于(〇°， 90°)范圍，簡(jiǎn)化后的判斷條件公式右邊的余弦項(xiàng)恒為負(fù)，不等式右邊恒為正； 為消除阻抗角的影響，將PCC處諧波電壓電流夾角t分為第二象限(90° ,135°)和（135°， 270°)兩個(gè)區(qū)域討論； ①夾角P位于第二象限(90° ,135°)區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)阻抗角α。為(〇°，90°)范圍任意值時(shí)， -2Jp?c〇s(P+?u)的最小值為突角.0'位于第二象限（135°， 180°)區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)阻抗角α。為（0°，90°)范圍任意值時(shí)，J/peeCOS(口+ ?")的最小值為 2 V-C sh]口''可得，封 < 2與"si 琴；作為判斷條件：當(dāng)夾角^立于第二象限（90° ,135°)區(qū) 域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式巧條件，或當(dāng)夾角W位于第二象限（135°， 180°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式的條件時(shí)，可W判斷用戶側(cè)為主要諧 波源； 情況2、當(dāng)系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗和用戶側(cè)諧波阻抗為容性時(shí)： 當(dāng)資在第Ξ象限且系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗Zu和用戶側(cè)諧波阻抗Zc為容性時(shí)，推導(dǎo)過(guò)程與上述類 似，所有區(qū)間邊界值與Zu和Zc同為感性在180°處具有鏡像對(duì)稱性，且判斷條件不變；即：當(dāng)夾 角則立于第Ξ象限(225°，270°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等?1 勺條件，或 當(dāng)夾角@位于第Ξ象限（180°，225°)區(qū)域，若PCC處測(cè)量數(shù)據(jù)滿足不等式3條 件時(shí)，判斷用戶側(cè)為主要諧波源； 步驟六、對(duì)判斷用戶側(cè)為主要諧波源的分析可知，當(dāng)PCC處諧波有功功率方向由用戶側(cè) 指向系統(tǒng)側(cè)時(shí)，不能直接判斷用戶側(cè)為主要諧波源，還需根據(jù)阻抗性質(zhì)及諧波電壓電流測(cè) 量夾角所對(duì)應(yīng)的不同約束條件進(jìn)一步判斷，對(duì)方法進(jìn)行歸納（I Zc I〉I Zu I )，見下表： 判斷用戶側(cè)為主要諧波源
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK106093571SQ201610402737
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】肖楚鵬, 邱澤晶, 許朝陽(yáng), 王智琦, 冷月, 丁勝, 向潔, 陳小飛, 胡錦, 郭松
【申請(qǐng)人】南瑞（武漢）電氣設(shè)備與工程能效測(cè)評(píng)中心, 四川大學(xué), 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司