基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析系统及方法，首先测得非线性负荷供电电压基波的95％概率大值以及电流各次谐波的95％概率大值；用供电电压基波的95％概率大值重新构造供电电压实时波形；用电流各次谐波的95％概率大值重新构造实时电流波形；对构造的实时电压波形和实时电流波形进行周期性采样，计算各采样点的瞬时阻抗，得到非线性负荷的非线性用电特性。本发明专利技术应用电能质量或非线性用电监测系统实时检测数据，利于及时分析非线性负荷的用电特性，本发明专利技术步骤简单，通用性强，得到的非线性用电特性可供各类离线分析计算时重复使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用电特性分析领域，具体涉及基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析系统及方法。
技术介绍
电力供用电系统是一个复杂的电磁环境，其电磁骚扰的干扰源是非线性负荷，因此研究非线性负荷的用电特性是实现供用电系统电磁兼容的重要议题之一。首先，低频传导干扰发射水平的控制是实现供用电系统电磁兼容的基本途径，而发射水平的控制需要对非线性负荷用电特性的充分研究与理解；其次，电磁骚扰控制设备一般就近非线性负荷设置，此时，非线性负荷用电特性及其生产工艺过程分析是影响控制设备类型、容量、冗余度、控制策略的关键因素；第三，非线型负荷用电特性及其干扰传播特性的研究，是提高电力系统整体抗扰度水平的基本要求。可见，研究并实现一种非线性负荷用电特性的获取方法在供用电系统电磁兼容控制中很有必要。关于针对非线性负荷用电特性的分析的实用方法较少，实用化的、普遍适用的、真正应用到实际工程的方法更是廖廖无几。目前非线性负荷用电特性的分析方法主要是谐波测量法、计算机模型仿真分析法和理论计算法。其中，谐波测量法主要是测量非线性负荷产生的谐波电流，即应用瞬时FFT(FastFourierTransform，快速傅立叶变换)变换实测非线性负荷产生的各次谐波。该方法的优点在于简单，明了；但是每一次都必须到现场实测，而且受背景谐波电压及电网参数的影响较大。对于能够建立精确模型的非线性负荷，例如通过电力电子进行能源转换的非线性负荷，通常采用专用计算机模型仿真分析。例如采用目前广泛应用的Matlab(matrixlaboratory，矩阵实验室),PSCAD(PowerSystemsComputerAidedDesign，电力系统辅助设计)专用软件等。该方法主要针对电力电子非线性负荷，无法实现综合性非线性负荷的建模分析；而且对于其它类型的非线性负荷例如电弧炉也无法适用。理论计算法也主要针对电力电子非线性负荷，采用电力电子电路原理推导相关计算公式，非线性负荷的谐波电流。该方法与计算机模型仿真分析法的缺点相同，也主要针对电力电子负荷；另外，该方法需要复杂的解析计算，不简便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析系统及方法，采用实测非线性负荷运行过程中的相关电压电流并构造实时波形分析非线性负荷的用电特性，通用性好。为了达到上述目的，本专利技术方法采用如下技术方案：包括以下步骤：步骤一，测得非线性负荷供电电压基波的95％概率大值以及电流各次谐波的95％概率大值；步骤二，用供电电压基波的95％概率大值构造供电电压实时波形；用电流各次谐波的95％概率大值构造实时电流波形；步骤三，对构造的供电电压实时波形和实时电流波形进行周期性采样，计算各采样点的瞬时阻抗，得到非线性负荷的非线性用电特性。进一步地，步骤二中利用供电电压基波的95％概率大值的电压幅值及其相位重新构造供电电压实时波形。进一步地，步骤三中周期为20ms，每个周期中采样点数为2n，n为正整数。进一步地，步骤三中应用欧姆定理计算瞬时阻抗。本专利技术系统的技术方案是：包括主站服务器，以及安装在各变电站内的电能质量监测单元或非线性用电监测系统；电能质量监测单元或非线性用电监测系统用于实测非线性负荷供电电压基波的95％概率大值以及电流各次谐波的95％概率大值；主站服务器用于接收非线性负荷供电电压基波的95％概率大值以及电流各次谐波的95％概率大值，分别构造供电电压实时波形和实时电流波形并进行周期性采样，计算作为非线性负荷用电特性的各采样点瞬时阻抗。进一步地，电能质量监测单元通过2M数据通信网与主站服务器相连。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术针对非线性负荷的非线性用电特性，在测得非线性负荷供电电压基波的95％概率大值、电流各次谐波的95％概率大值的基础上，用该基波的95％概率大值重新构造供电电压实时波形，用电流各次谐波95％概率大值重新构造实时电流波形，对构造的实时电压、实时电流进行重新采样，计算各采样点的瞬时阻抗，得到非线性负荷固有的非线性用电特性。本专利技术步骤简单，通用性强，得到的非线性用电特性可供各类离线分析计算时重复使用。本专利技术应用现有电能质量或非线性用电监测系统实时检测数据，利于及时分析非线性负荷的用电特性。进一步地，本专利技术通过数据通信网进行通信，无需每次到现场实测，直接通过网络将测试数据上传至服务器处理，简单方便。【附图说明】图1(a)是本专利技术95％概率大值瞬时电压、95％概率大值瞬时电流和95％概率大值基波电压的实际波形图；图1(b)是应用本专利技术得到的非线性负荷的非线性用电特性图；图2(a)是额定基波电压下，应用本专利技术得到的非线性负荷的非线性用电特性得到的非线性用电特性的电流波形图，图2(b)是该基波电压供电下所对应的谐波电流结果图；图3是本专利技术电能质量主站系统逻辑结构；图4是本专利技术服务器主站和服务器端联网和通信示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术主要基于如下理论：其一，非线性用电特性是非线性负荷的固有的特征；其二，对于瞬时值而言，欧姆定理总是适应的。基于上述两点，只要获取非线性负荷的实时电压、电流波形就能够精确分析非线性负荷的用电特性。本专利技术包括以下步骤：步骤一，针对非线性负荷，实测得到非线性负荷的95％概率大值基波电压u′(t)的大小和相位、95％概率大值瞬时电流i(t)；步骤二，对于基波电压u′(t)实时波形、瞬时电流i(t)实时波形的每一点，应用欧姆定理计算非线性负荷的瞬时阻抗，该瞬时阻抗构成的集合即为非线性负荷用电特性。本专利技术利用实测电压电流的95％概率大值进行非线性负荷用电特性分析，得到的结果包含了非线性负荷的各种运行工况，精确可靠；更为重要的在于该结果可供后期离线分析时重复使用，不需要再进行现场测试。本专利技术克服了传统非线性负荷用电特性分析方法的不通用性、不方便性、复杂性。本专利技术针对非线性负荷的非线性用电特性，在测得非线性负荷供电电压基波的95％概率大值、电流各次谐波的95％概率大值的基础上，用该基波的电压幅值及其相位重新构造供电电压实时波形，用电流各次谐波95％概率大值重新构造实时电流波形，对构造的实时电压、实时电流进行重新采样，应用欧姆定理计算各采样点的瞬时阻抗，得到非线性负荷固有的非线性用电特性。本专利技术步骤简单，通用性强，得到的非线性用电特性可供各类离线分析计算时重复使用。本专利技术涉及的非线性负荷用电特性在线监测系统包括主站服务器，以及安装在各变电站内用于现场实测瞬时电压和瞬时电流的电能质量监测单元；主站服务器用于接收瞬时电压和瞬时电流，并进行后期95％概率大值计算分析，根据95％概率大值基波电压和95％概率大值瞬时电流，计算作为非线性负荷用电特性的非线性负荷瞬时阻抗。1、实现方法实例：对于95％概率大值电压：u(t)＝sin(wt)+0.03sin(3wt+pi/6)+0.02*sin(5wt)，w＝2πf，f＝50Hz；95％概率大值电流：i(t)＝0.8sin(wt+π/2)+0.1sin(2wt)+0.3sin(5wt+π/2)+0.2sin(7wt+3π/2)现场实测到上述95％概率大值电压、电流的实际波形如图1(a)所示；通过该实测电本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，测得非线性负荷供电电压基波的95％概率大值以及电流各次谐波的95％概率大值；步骤二，用供电电压基波的95％概率大值构造供电电压实时波形；用电流各次谐波的95％概率大值构造实时电流波形；步骤三，对构造的供电电压实时波形和实时电流波形进行周期性采样，计算各采样点的瞬时阻抗，得到非线性负荷的非线性用电特性。

【技术特征摘要】
1.基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，测得非线性负荷供电电压基波的95％概率大值以及电流各次谐波的95％概率大值；步骤二，用供电电压基波的95％概率大值构造供电电压实时波形；用电流各次谐波的95％概率大值构造实时电流波形；步骤三，对构造的供电电压实时波形和实时电流波形进行周期性采样，计算各采样点的瞬时阻抗，得到非线性负荷的非线性用电特性。2.根据权利要求1所述的基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析方法，其特征在于：步骤二中利用供电电压基波的95％概率大值的电压幅值及其相位重新构造供电电压实时波形。3.根据权利要求1所述的基于瞬时实测波形的非线性负荷用电特性分析方法，其特征在于：步骤三中周期为20ms，每个周期中采样点数为2n，n为正整数。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，王明文，王鹏，刘卫校，刘军成，刘平，楚文斌，杨李周，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司商洛供电公司，许继变压器有限公司，西安博宇电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11