一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法技术

一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法，属于电网电压暂降源定位的自动监测定位方法。依据线性有源单端口网络理论，通过测量有源单端口网络的外部特性阻抗的实部极性来准确判断电压暂降源的方向；外部特性阻抗的实部极性为正时，扰动源在监测点的上游；外部特性阻抗的实部极性为负时，扰动源在监测点的下游；定义并给出了相应外部特性阻抗的实部极性的算法。该电压暂降源定位方法能确定性地定位由各种电网故障引起的电压暂降，适用于辐射式、环式、单回路、双回路、单电源和多电源网架结构电网，也适用于电容投切、变压器投切、大电机启动扰动引起的电压暂降源定位；该电压暂降源定位方法需要对监测点的电压和电流进行同步采样。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法
本专利技术涉及一种电网电压暂降源定位的自动监测定位方法，特别是一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法。
技术介绍
电压暂降，是指供电电压均方根值在短时间内突然下降至额定电压幅值的90％～10％，其典型持续时间为10ms～1min的一种现象。一些高度自动化设备很容易受到电压暂降的影响，几个周期的电压暂降都会对工业生产造成巨大经济损失，据国外调查，电能质量问题中电压暂降已成为主要的投诉原因，甚至占到投诉比重的80％。然而，电能是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用电双方共同保证质量的特殊产品。在导致电能质量下降的责任上，供用电双方往往因为缺少对电能质量下降原因的判断而存在分歧甚至陷入经济纠纷。对电压暂降源诊断、定位，可界定供用电双方责任，也为制定缓和策略提供参考和依据，为此，近年来电压暂降源定位引起了国内外研究者的关注。电压暂降源定位，就是确定引起电压暂降的扰动源位于监测装置的哪一侧。现有暂降源定位方法主要来自国外的研究者，国内的研究大多是对国外研究的定位方法的分析比较和综述或是已有定位方法的综合，鲜见有新定位方法的提出。从定位原理来分大致可分为以下两类。第一类有：一种利用扰动能量和扰动功率初始峰值定位方法，第二种是将此法改进推广到注入系统能量的扰动源定位，第三种是引入扰动无功功率和无功能量，使该方法得到了扩展。此类方法当扰动能量和扰动功率不吻合时，可信度大大减小，且对接地性故障定位不可靠。第二类可归纳为基于阻抗的方法，判定系统轨迹斜率和电流实部极性的方法，较适用于对称故障定位。等效阻抗实部极性的方法受故障周期选择的影响较大。距离阻抗继电器法适用于双侧电源供电系统。这些定位方法对对称性故障引起的电压暂降定位准确率比较高，而对非对称故障引起的电压暂降定位的准确率较低，并且，只适用于单回路放射式电网。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法，实现对电网电压暂降源的自动监测定位，应用于各种电网电能质量污染源的分析仪器和自动监测装置。实现本专利技术目的的技术方案：依据线性有源单端口网络理论，通过测量有源单端口网络的外部特性阻抗的实部极性来准确判断电压暂降源的方向；外部特性阻抗的实部极性为正时，扰动源在监测点的上游；外部特性阻抗的实部极性为负时，扰动源在监测点的下游；具体步骤如下：步骤a.设锁相环，电网正常运行时，即电压暂降发生前，在监测点对三相电压和电流分别以每基波周期同步采样N个点得：uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)和iami(n)、ibmi(n)、icmi(n)；对中性点有效接地电网，由式(1)计算各相对地电压的均方根值；对中性点非有效接地电网，由式(2)计算各相对电网中性点电压的均方根值；当任何一相电压的均方根值小于90％的额定相电压时，电压暂降扰动发生；式中，Uami，Ubmi，Ucmi分别是监测点mi测得的三相电压uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)的均方根值，是电网的零序电压；电压暂降发生后，向前推K·N个采样点，取电压暂降扰动前三相电压电流采样值：uapmi(n-KN)、ubpmi(n-KN)、ucpmi(n-KN)和iapmi(n-KN)、ibpmi(n-KN)、icpmi(n-KN)，并继续采样扰动期间的三相电压、电流得：uadmi(n)、ubdmi(n)、ucdmi(n)和iadmi(n)、ibdmi(n)、icdmi(n)，求得扰动电压和电流：式中，Δu为扰动电压，Δi为扰动电流；n是采样点的编号，是序数，n＝0，1，…；N是基波一个周期的采样点数；K取一正整数，K＝1或2，或3，是扰动期间采样点滞后扰动前采样点的基波周期数；下标p表示电压暂降发生前，即电网正常运行时；下标d表示扰动期间；下标mi为第i个监测点，i为序数，i＝1，2，...；下标a、b、c分别表示a、b、c三相；下标顺序：相(a、b或c)-扰动前p或期间d-监测点mi；步骤b.由式(5)和(6)求mi点的各相扰动电压的实部和虚部：式中，和分别为x相电压和电流扰动相量和的实部，和分别为相电压和电流扰动相量和的虚部，x∈[a，b，c]；再由式(7)算出mi监测点x∈[a，b，c]相的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi；步骤c.依据监测点mi的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi的极性定位电压暂降源。可以任意定义一个参考方向，这个定义是由电压和电流互感器的同名端决定的，一股定义负荷消耗有功功率为“正”；仅对电压暂降相，即相电压小于90％额定相电压的相，进行判断，当监测点mi的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi为正时，电压暂降源，即扰动源在参考方向的相反方向，也称上游；当监测点mi的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi为负时，电压暂降源在参考方向的相同方向，也称下游。有益效果，由于采用了上述方案，电压暂降源定位，就是确定引起电压暂降的扰动源位于监测装置的哪一侧。本专利技术依据有源单端口网络理论，任何电网从监测点向非扰动侧观察，都可以等效为1个有源线性单端口网络；对于配电网，短路容量不是很大，可近似认为这个端口网络中的电源为无限大电源，因此，这1个有源单端口网络可用“戴维南电路”等效，即对外部电路而言，总可以用一个理想电压源和一个线性阻抗相串联的有源支路来代替；在任意mi监测点“确定”一个有功电流参考方向，这种“确定”的有功电流参考方向是由mi监测点监测装置的电流和电压互感器的极性即同名端“确定”的，一股规定负荷消耗有功功率为正参考方向。那么，在这规定的正参考方向条件下，当监测点mi测得有源单端口网络外部特性阻抗的实部为正时，电压暂降源，即扰动源在参考方向的相反方向，也称上游；当监测点mi测得有源单端口网络外部特性阻抗的实部为负时，电压暂降源在参考方向的相同方向，也称下游。通过同一电力网模型的仿真试验证明，它能确定性地定位电压暂降源，即定位正确率100％，而现有方法定位正确率一股只有80％左右，对不对称电压暂降扰动源的判断正确率更低，或不能判断。因此，是一种很有实用价值的电压暂降源定位方法。优点：该电压暂降源定位方法能确定性地定位由各种电网故障引起的电压暂降，适用于辐射式、环式、单回路、双回路、单电源和多电源网架结构电网，也适用于电容投切、变压器投切、大电机启动扰动引起的电压暂降源定位附图说明图1为本专利技术故障前后同步采样示意图。图2为本专利技术电力网等值电路图。图3为本专利技术“戴维南电路”外部特性图；图中：Ismi为监测点mi的短路电流有效值，A。具体实施方式实施例1：本专利技术依据线性有源单端口网络理论，通过测量有源单端口网络的外部特性阻抗的实部极性来准确判断电压暂降源的方向；外部特性阻抗的实部极性为正时，扰动源在监测点的上游；外部特性阻抗的实部极性为负时，扰动源在监测点的下游；具体步骤如下：步骤a.设锁相环，电网正常运行时，即电压暂降发生前，在监测点对三相电压和电流分别以每基波周期同步采样N个点得：uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)和iami(n)、ibmi(n)、icmi(n)；对中性点有效接地电网，由式(1)计算各相对地电压的均方根值；对中性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法，其特征是：依据线性有源单端口网络理论，通过测量有源单端口网络的外部特性阻抗的实部极性来准确判断电压暂降源的方向；外部特性阻抗的实部极性为正时，扰动源在监测点的上游；外部特性阻抗的实部极性为负时，扰动源在监测点的下游；具体步骤如下：步骤a.设锁相环，电网正常运行时，即电压暂降发生前，在监测点对三相电压和电流分别以每基波周期同步采样N个点得：uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)和iami(n)、ibmi(n)、icmi(n)；对中性点有效接地电网，由式(1)计算各相对地电压的均方根值；对中性点非有效接地电网，由式(2)计算各相对电网中性点电压的均方根值；当任何一相电压的均方根值小于90％的额定相电压时，电压暂降扰动发生；Uami=1NΣn=0N-1[uami(n)]2Ubmi=1nΣn=0N-1[ubmi(n)]2Ucmi=1nΣn=0N-1[ucmi(n)]2---(1)]]>Uami=1NΣn=0N-1[uami(n)-umi0(n)]2Ubmi=1nΣn=0N-1[ubmi(n)-umi0(n)]2Ucmi=1nΣn=0N-1[ucmi(n)-umi0(n)]2---(2)]]>式中，Uami，Ubmi，Ucmi分别是监测点mi测得的三相电压uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)的均方根值，umi0(n)=[uami(n)+ubmi(n)+ucmi(n)]/3]]>是电网的零序电压；电压暂降发生后，向前推K·N个采样点，取电压暂降扰动前三相电压电流采样值：uapmi(n‑KN)、ubpmi(n‑KN)、ucpmi(n‑KN)和iapmi(n‑KN)、ibpmi(n‑KN)、icpmi(n‑KN)，并继续采样扰动期间的三相电压、电流得：uadmi(n)、ubdmi(n)、ucdmi(n)和iadmi(n)、ibdmi(n)、icdmi(n)，求得扰动电压和电流：Δuami(n)=uadmi(n)-uapmi(n-KN)Δubmi(n)=ubdmi(n)-ubpmi(n-KN)Δucmi(n)=ucdmi(n)-ucpmi(n-KN)---(3)]]>Δiami(n)=iadmi(n)-iapmi(n-KN)Δibmi(n)=ibdmi(n)-ibpmi(n-KN)Δicmi(n)=icdmi(n)-icpmi(n-KN)---(4)]]>式中，Δu为扰动电压，Δi为扰动电流；n是采样点的编号，是序数，n＝0，1，…；N是基波一个周期的采样点数；K取一正整数，K＝1或2，或3，是扰动期间采样点滞后扰动前采样点的基波周期数；下标p表示电压暂降发生前，即电网正常运行时；下标d表示扰动期间；下标mi为第i个监测点，i为序数，i＝1，2，...；下标a、b、c分别表示a、b、c三相；下标顺序：相(a、b或c)‑扰动前p或期间d‑监测点mi；步骤b.由式(5)和(6)求mi点的各相扰动电压的实部和虚部：ΔUxmirs=1NΣn=0N-1Δuxmi(n)·cos(2πn/N)ΔUxmiim=1NΣn=0N-1Δuxmi(n)·sin(2πn/N)---(5)]]>ΔIxmirs=1NΣn=0N-1Δixmi(n)·cos(2πn/N)ΔIxmiim=1NΣn=0N-1Δixmi(n)·sin(2πn/N)---(6)]]>式中，和分别为x相电压和电流扰动相量和的实部，和分别为相电压和电流扰动相量和的虚部，x∈[a，b，c]；再由式(7)算出mi监测点x∈[a，b，c]相的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi；Rexmi=(ΔUxmirs)2+(ΔUxmiim)2ΔUxmirs·ΔIxmirs+ΔUxmiim·ΔIxmiim---(7)]]>步骤c.依据监测点mi的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi的极性定位电压暂降源；可以任意定义一个参考方向，这个定义是由电压和电流互感器的同名端决定的，一股定义负荷消耗有功功率为“正”；仅对电压暂降相，即相电压小于90％额定相电压的相，进行判断，当监测点mi的有源单端口网络外部特性阻抗的实部Rexmi为正时，电压暂降源，即扰动源在...

【技术特征摘要】
1.一种基于有源单端口网络电阻极性的电压暂降源定位方法，其特征是：依据线性有源单端口网络理论，通过测量有源单端口网络的外部特性阻抗的实部极性来准确判断电压暂降源的方向；外部特性阻抗的实部极性为正时，扰动源在监测点的上游；外部特性阻抗的实部极性为负时，扰动源在监测点的下游；具体步骤如下：步骤a.设锁相环，电网正常运行时，即电压暂降发生前，在监测点对三相电压和电流分别以每基波周期同步采样N个点得：uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)和iami(n)、ibmi(n)、icmi(n)；对中性点有效接地电网，由式(1)计算各相对地电压的均方根值；对中性点非有效接地电网，由式(2)计算各相对电网中性点电压的均方根值；当任何一相电压的均方根值小于90％的额定相电压时，电压暂降扰动发生；式中，Uami，Ubmi，Ucmi分别是监测点mi测得的三相电压uami(n)、ubmi(n)、ucmi(n)的均方根值，是电网的零序电压；电压暂降发生后，向前推K·N个采样点，取电压暂降扰动前三相电压电流采样值：uapmi(n-KN)、ubpmi(n-KN)、ucpmi(n-KN)和iapmi(n-KN)、ibpmi(n-KN)、icpmi(n-KN)，并继续采样扰动期间的三相电压、电流得：uadmi(n)、ubdmi(n)、ucdmi(n)和iadmi(n)、ibdmi(n)、icdmi(n)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐轶，刘昊，范秀龙，王猛，孙建坡，陈奎，方永丽，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32