一种供用电系统谐波源识别方法及模型技术方案

本发明专利技术涉及一种供用电系统谐波源识别方法及模型，包括：同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息，并标注时标存储；根据所采集的带时标的信息，计算该时刻的基波和各次谐波的电压、电流和阻抗的幅值和相位；计算和确定供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波有功功率及谐波有功功率的大小和方向；根据供用电系统相应时刻的电源和各负荷的谐波功率方向识别谐波源；根据功率平衡原则，验证谐波源识别的正确性。本发明专利技术用于供用电系统谐波源识别、计算和分析谐波源对供用电系统产生的附加功率损耗，为供用电系统的谐波源监测、谐波功率计量和谐波污染责任的划分提供理论依据和有效技术手段，实时、客观、简单、实用和易推广。

Harmonic source identification method and model for power supply system

The invention relates to a power system harmonic source identification method and model, including: synchronous real-time acquisition of power system power and all load voltage and current information, and marking standard storage; according to the collected information with time scale and amplitude and phase voltage, current and impedance of the time and the calculation of fundamental harmonics; calculate and determine the size and direction of the power supply power supply system and the corresponding time of each user and the fundamental active power harmonic active power harmonic power supply side; according to the power supply system of the corresponding time and the load to the harmonic source identification; based on the power balance principle, verify the correctness of the harmonic source identification. The invention is used for power system harmonic source identification, calculation and analysis of the additional loss of power harmonic source of power supply system, and provide a theoretical basis and effective technical means into the power supply system of harmonic monitoring and harmonic power measurement and harmonic pollution liability, real-time, objective, simple, practical and easy to popularize.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供用电系统电能质量
，特别涉及一种供用电系统谐波源识别方法及模型。
技术介绍
随着电网规模的不断扩大，越来越多的新型用电设备和高精度用电设备接入到电力系统，向电网注入大量的谐波功率，使得输、供和用电产生额外的电能损耗，影响电气设备以及邻近的通讯设备的正常工作，同时也使得电力系统的继电保护装置误动作，可靠性降低。因此，供用电系统中进行谐波源识别，能够提高电网运行的可靠性、灵活性、安全性和经济性。电网采用的电能计量仪表大多数是基于基波进行设计和计量，在计量时并没有考虑到电网存在谐波的情况。但由于谐波源的存在，将会直接影响电网和用电户，出现一些电能质量问题。本专利技术根据在供用电系统中的谐波源特点，提出了供用电系统谐波源识别方法及模型，为解决供用电系统中准确识别谐波源问题提供理论依据和有效技术手段。
技术实现思路
本专利技术提供一种供用电系统谐波源识别方法及模型，旨在解决供用电系统中，由于谐波源的存在，其产生的谐波电流会反馈到电网和电力用电户，直接导致电网和电力用电户的能量质量降低以及电能计量不公平的问题。本专利技术的目的是这样实现的：供用电系统谐波源识别方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1、同步实时采集供用电系统电压源和所有负荷的电压和电流全信息，并标注时标后存储，具体是：分别通过电压互感器、电流互感器、高速高精度模拟量采集器和全球卫星定位系统同步实时采集供用电系统电压源和所有负荷的电压和电流全信息；当同步实时采集供用电系统电压源和所有负荷的电压和电流全信息时，其最低采样速率和采样精度满足谐波测量的国家标准和行业标准；同时，设置北斗定位授时系统，保证规定时间和精度内各采样点采样的同步性和实时性；步骤2、根据步骤1所采集的带时标的电压和电流全信息，计算相应时刻的基波和各次谐波的电压、电流和阻抗的幅值和相位，基于以下公式：基波阻抗如式(1)所示；谐波阻抗如式(2)所示；Zk为谐波阻抗，Rk为谐波电阻，Xk为谐波电抗，k为谐波次数，nmax为最大谐波次数；步骤3、计算和确定供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波有功功率及谐波有功功率的大小和方向，其中，供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波和谐波的有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(3)所示；供用电系统相应时刻含各次谐波的总电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(4)所示；步骤4、根据步骤3得到的供用电系统相应时刻的电源和各负荷的谐波功率方向识别谐波源，具体是：当电源的谐波功率为负，该电源产生谐波，即：被识别为谐波源电源或非线性电源；当负荷的谐波功率为负时，该负荷产生谐波，即：被识别为谐波源负荷或非线性负荷；步骤5、根据功率平衡原则，验证谐波源识别的正确性，即：条件一：所有负荷和电网电源的各次对应谐波功率之和为0；条件二：所有负荷和电网电源的基波功率之和也为0；同时满足条件一和条件二的所有负功率，均为谐波源，即：谐波源的识别正确，否则，谐波源的识别有误。在上述的供用电系统谐波源识别方法，所述步骤1中，三相供用电系统的电压互感器和电流互感器采用Y-N型接线。三个电压互感器的一次部分的同名端分别接A、B和C相电压端，异名端共同接入中性点N端；二次部分的各同名端分别定义为A、B和C相电压的正极性、各异名端分别定义为A、B和C相电压的负极性。三个电流互感器的一次部分分别串联接入A、B和C三相线路，各同名端分别接入A、B和C相电源侧、各异名端分别接入A、B和C相负荷侧；二次部分的各同名端分别定义为A、B和C相电流的正极性、各异名端分别定义为A、B和C相电流的负极性。在上述的供用电系统谐波源识别方法，所述步骤2中，以时标为检索信息，调用的相应的电压和电流采样值，采样快速傅里叶算法，计算该时刻电压和电流的基波和各次谐波的电压和电流的幅值和相位，定义被采样的模拟信号是一个周期性时间函数x(t)，除基波外还含有不衰减的直流分量和各次谐波，表示为：x(t)=12a0+Σn=1∞[ancos(nω1t)+bnsin(nω1t)]]]>式中：a0=2T∫0Tx(t)dt]]>an=2T∫0Tx(t)cos(nω1t)dt]]>bn=2T∫0Tx(t)sin(nω1t)dt]]>式中n为自然数，n＝0，1，2，……；an和bn则分别为各次谐波的正弦项和余弦项的振幅，a0为直流分量的值；x(t)中的各次谐波分量xn(t)＝ancosnω1t+bnsinnω1t的实部、虚部幅值an,bn分别为：an=2N[Σk=0N-1xkcosn2πN·k]]]>bn=2N[Σk=0N-1xksinn2πN·k],n=1,2,......;]]>a0=2NΣk=0N-1xk,b0=0]]>各次谐波分量xn(t)的有效值Xn和相角θn计算，各次谐波分量xn(t)的有效值Xn和相角θn为：2Xn2=an2+bn2]]>tgθn=bnan;n=0,1,2,......;]]>各次谐波分量xn(t)的有效值Xn和相角θn与电压和电流的对应关系为：Xn→Vn,In；an→2VnR,2InR]]>bn→2VnX,2InX]]>θn→θVn,θIn]]>(功率因数角或阻抗角)VnR=122N[Σk=0N-1vkcosn2πN·k]]]>VnX=122N[Σk=0N-1vksinn2πN·k]]]>InR=122N[Σk=0N-1ikcosn2πN·k]]]>InX=122N[Σk=0N-1iksinn2πN·k]n=1,2,......;]]>然后根据基波和各次谐波的电压和电流的幅值和相位，计算基波和各次谐波阻抗的幅值和相位。在上述的供用电系统谐波源识别方法，所述步骤3中，根据负荷功率定义各节点的电压和电流参考方向，即电压和电流同方向；电源基波功率因数角绝对值小于90°时，电源基波有功功率为负；当电源谐波功率因数角绝对值小于90°时，电源的谐波功率为负；当电源谐波功率因数角绝对值大于90°时，该电源的谐波功率为正，该电源吸收谐波；当负荷谐波功率因数角绝对值小于90°时，该负荷的谐波功率为正，该负荷吸收谐波；当负荷谐波功率因数角绝对值大于90°时，负荷的谐波功率为负，该负荷产生谐波。在上述的供用电系统谐波源识别方法，所述步骤5具体方法包括：在基波电源作用下，各基波有功功率之和计算如公式(5)所示；P1=Σi=1l±I1i2R1i---(5)]]>l为供用电系统的支路数，I1i为第i条支路的基波电流有效值，基波功率为负值时，取“-”；基波功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供用电系统谐波源识别方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1、同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息，并标注时标后存储，具体是：分别通过电压互感器、电流互感器、高速高精度模拟量采集器和全球卫星定位系统同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息；当同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息时，其最低采样速率和采样精度满足谐波测量的国家标准和行业标准；同时，设置北斗定位授时系统，保证规定时间和精度内各采样点采样的同步性和实时性；步骤2、根据步骤1所采集的带时标的电压和电流全信息，计算相应时刻的基波和各次谐波的电压、电流和阻抗的幅值和相位，基于以下公式：基波阻抗如式(1)所示；谐波阻抗如式(2)所示；Zk为谐波阻抗，Rk为谐波电阻，Xk为谐波电抗，k为谐波次数，nmax为最大谐波次数；步骤3、计算和确定供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波有功功率及谐波有功功率的大小和方向，其中，供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波和谐波的有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(3)所示；供用电系统相应时刻含各次谐波的总电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(4)所示；步骤4、根据步骤3得到的供用电系统相应时刻的电源和各负荷的谐波功率方向识别谐波源，具体是：当电源的谐波功率为负，该电源产生谐波，即：被识别为谐波源电源或非线性电源；当负荷的谐波功率为负时，该负荷产生谐波，即：被识别为谐波源负荷或非线性负荷；步骤5、根据功率平衡原则，验证谐波源识别的正确性，即：条件一：所有负荷和电网电源的各次对应谐波功率之和为0；条件二：所有负荷和电网电源的基波功率之和也为0；同时满足条件一和条件二的所有负功率，均为谐波源，即：谐波源的识别正确，否则，谐波源的识别有误。...

【技术特征摘要】
1.一种供用电系统谐波源识别方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1、同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息，并标注时标后存储，具体是：分别通过电压互感器、电流互感器、高速高精度模拟量采集器和全球卫星定位系统同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息；当同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息时，其最低采样速率和采样精度满足谐波测量的国家标准和行业标准；同时，设置北斗定位授时系统，保证规定时间和精度内各采样点采样的同步性和实时性；步骤2、根据步骤1所采集的带时标的电压和电流全信息，计算相应时刻的基波和各次谐波的电压、电流和阻抗的幅值和相位，基于以下公式：基波阻抗如式(1)所示；谐波阻抗如式(2)所示；Zk为谐波阻抗，Rk为谐波电阻，Xk为谐波电抗，k为谐波次数，nmax为最大谐波次数；步骤3、计算和确定供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波有功功率及谐波有功功率的大小和方向，其中，供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波和谐波的有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(3)所示；供用电系统相应时刻含各次谐波的总电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(4)所示；步骤4、根据步骤3得到的供用电系统相应时刻的电源和各负荷的谐波功率方向识别谐波源，具体是：当电源的谐波功率为负，该电源产生谐波，即：被识别为谐波源电源或非线性电源；当负荷的谐波功率为负时，该负荷产生谐波，即：被识别为谐波源负荷或非线性负荷；步骤5、根据功率平衡原则，验证谐波源识别的正确性，即：条件一：所有负荷和电网电源的各次对应谐波功率之和为0；条件二：所有负荷和电网电源的基波功率之和也为0；同时满足条件一和条件二的所有负功率，均为谐波源，即：谐波源的识别正确，否则，谐波源的识别有误。2.根据权利要求1所述的一种供用电系统谐波源识别方法，其特征在于，所述步骤1中，三相供用电系统的电压互感器和电流互感器采用Y-N型接线；三个电压互感器的一次部分的同名端分别接A、B和C相电压端，异名端共同接入中性点N端；二次部分的各同名端分别定义为A、B和C相电压的正极性、各异名端分别定义为A、B和C相电压的负极性；三个电流互感器的一次部分分别串联接入A、B和C三相线路，各同名端分别接入A、B和C相电源侧、各异名端分别接入A、B和C相负荷侧；二次部分的各同名端分别定义为A、B和C相电流的正极性、各异名端分别定义为A、B和C相电流的负极性。3.根据权利要求1所述的一种供用电系统谐波源识别方法，其特征在于，所述步骤2中，以时标为检索信息，调用的相应的电压和电流采样值，采样快速傅里叶算法，计算该时刻电压和电流的基波和各次谐波的电压和电流的幅值和相位，定义被采样的模拟信号是一个周期性时间函数x(t)，除基波外还含有不衰减的直流分量和各次谐波，表示为：x(t)=12a0+Σn=1∞[ancos(nω1t)+bnsin(nω1t)]]]>式中：a0=2T∫0Tx(t)dt]]>an=2T∫0Tx(t)cos(nω1t)dt]]>bn=2T∫0Tx(t)sin(nω1t)dt]]>式中n为自然数，n＝0，1，2，……；an和bn则分别为各次谐波的正弦项和余弦项的振幅，a0为直流分量的值；x(t)中的各次谐波分量xn(t)＝ancosnω1t+bnsinnω1t的实部、虚部幅值an,bn分别为：an=2N[Σk=0N-1xkcosn2πN·k]]]>bn=2N[Σk=0N-1xksinn2πN·k],n=1,2,......;]]>a0=2NΣk=0N-1xk,b0=0]]>各次谐波分量xn(t)的有效值Xn和相角θn计算，各次谐波分量xn(t)的有效值Xn和相角θn为：2Xn2=an2+bn2]]>tgθn=bnan;n=0,1,2,......;]]>各次谐波分量xn(t)的有效值Xn和相角θn与电压和电流的对应关系为：Xn→Vn,In；an→2VnR,2InR]]>bn→2VnX,2InX]]>θn→θVn,θIn(功率因数角或阻抗角)VnR=122N[Σk=0N-1vkcosn2πN·k]]]>VnX=122N[Σk=0N-1vksinn2πN&Ce...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓明，李晶，
申请(专利权)人：武汉大学，国网湖北省电力公司襄阳供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42