一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法技术

本发明专利技术公开一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，包括以下步骤：1)确定电力网络量测节点，并利用CVT采集量测节点初始电压时域数据u(t)；2)对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据；3)计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子；4)利用幅值和相位重构因子修正初始电压频域数据，计算得到量测节点谐波电压相量。本发明专利技术针对CVT提出一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，提高了量测谐波电压信号精度，克服了CVT不能用于谐波量测但同步相量测量装置PMU主要从CVT获得系统的谐波电压水平的矛盾，为PMU提供重构后的谐波相量，支撑电力系统谐波监管和治理。支撑电力系统谐波监管和治理。支撑电力系统谐波监管和治理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法


[0001]本专利技术涉及电力系统谐波电压量测领域，具体是一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法。

技术介绍

[0002]随着大量新能源和高比例电力电子装备的应用，电力系统谐波污染问题日益严峻，呈现强随机性和时变性，易增大电力设备损耗、导致继电保护舞动、恶化电能质量和诱发宽频振荡等重大安全问题。为了确保设备正常安全以及保证电力系统的安全稳定运行，亟需开展精准的谐波量测和状态识别，明确谐波源的分布和状态，为电力系统谐波治理提供支撑。
[0003]电容式电压互感器(capacitive voltage transformer，CVT)广泛应用于35kV及以上电力系统并为计量、保护和控制装置提供按比例缩小的电压信号。受内部储能元件和非线性元件的影响，CVT只在工频正弦稳态的条件下准确度高，而在其他频率下，系统谐波分量会按不同比例衰减，ABB研究证明其传输误差会随着频率的改变而表现出复杂的特性，从而导致量测结果出现较大误差。因此，国家标准GB/T14549《电能质量公用电网谐波》和IEC 60044
‑
5都明确规定：CVT不能用于谐波测量。可见，直接利用CVT获取的谐波频段的监测信号，会使电网的实际谐波含量无法真实、准确地反映，无法满足电力系统谐波监测和分析的要求，因此需对CVT量测所得的二次侧谐波电压信号进行重构，为电力系统的谐波治理等相关研究提供可靠数据源。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，包括以下步骤：
[0005]1)确定电力网络量测节点，并利用CVT采集量测节点初始电压时域数据u(t)；
[0006]2)对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据；
[0007]进一步，对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据的步骤包括：
[0008]2.1)对初始电压时域数据u(t)进行傅里叶变换，得到频域上的电压U(h)，即：
[0009][0010]式中，t为时间；h为频率；e
‑
iht
为复变函数；表示傅里叶变换操作；
[0011]2.2)对频域上的电压U(h)进行处理，得到初始电压频域数据。
[0012]所述初始电压频域数据包括初始电压幅值和相位，即：
[0013]V
mh
＝abs(U(h))
ꢀꢀꢀ
(2)
[0014]θ
mh
＝angle(U(h))
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式中，V
mh
为初始h次谐波电压幅值；θ
mh
初始h次谐波电压相位。
[0016]3)计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子；
[0017]计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子的步骤包括：
[0018]3.1)计算CVT端口的归一化入射散射变量a
k
和归一化反射散射变量b
k
，即：
[0019][0020]式中，U
k
和I
k
分别表示端口电压和电流；Z
k
为参考阻抗；端口序号k＝1或2；
[0021]3.2)开展CVT扫频试验，建立体现线性二端口网络端口特性的散射参数矩阵，即：
[0022][0023]其中，散射参数S
11
、散射参数S
12
、散射参数S
21
、散射参数S
22
分别如下所示：
[0024][0025]开展CVT扫频试验的设备包括矢量网络分析仪。
[0026]开展CVT扫频试验的步骤包括：
[0027]a)对矢量网络分析仪进行开路、短路、负载及传输特性校准；
[0028]b)将校准后的矢量网络分析仪测量端口1、端口2分别与CVT的高压侧相接、低压侧相接；
[0029]c)通过线性扫频获取谐波的频率点对应的散射参数。
[0030]3.3)建立CVT输入与输出端口电压关系，即：
[0031][0032]式中，F(s)为表征CVT一次电压和二次电压之间的线性关系的传递函数；
[0033]3.4)计算传递函数F(s)的逆函数G(jω
h
)，即：
[0034][0035]式中，U1(jω
h
)和U2(jω
h
)分别是信号发生器输出h次的信号时CVT的一次侧输入电压和二次侧输出电压；U
1A
(jω
h
)、U
2A
(jω
h
)、ω
h
、
φ1P
、φ
2P
为一次侧输入电压幅值、二次侧输出电压幅值、谐波角频率、一次侧输入电压相位、二次侧输出电压相位。
[0036]3.5)计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子，即：
[0037][0038]式中，δ
h
为相位角重构因子；R
h
为幅值重构因子；ω1为基波角频率。
[0039]4)利用幅值和相位重构因子修正初始电压频域数据，计算得到量测节点谐波电压相量。
[0040]计算量测节点谐波电压相量的步骤包括：
[0041]4.1)根据初始电压频域数据，对初始电压幅值和初始电压相位角进行修正，得到：
[0042]V
th
＝R
h
·
V
mh
ꢀꢀꢀ
(10)
[0043]θ
th
＝θ
mh
+δ
h
ꢀꢀꢀ
(11)
[0044]式中，θ
th
为表示h次真实的电压相位角；V
th
为表示h次真实的电压幅值；δ
h
为相位角重构因子；R
h
为幅值重构因子；V
mh
为初始h次谐波电压幅值；θ
mh
初始h次谐波电压相位。
[0045]4.2)计算量测节点谐波电压相量，即：
[0046][0047]式中，为表示h次真实的节点电压相量。
[0048]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术针对CVT提出一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，提高了量测谐波电压信号精度，克服了CVT不能用于谐波量测但同步相量测量装置PMU主要从CVT获得系统的谐波电压水平的矛盾，为PMU提供重构后的谐波相量，支撑电力系统谐波监管和治理。
附图说明
[0049]图1为方法流程图；
[0050]图2为仿真试验的IEEE节点系统量测装置配置拓扑图和量测节点所采用的CVT仿真结构图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定所述电力网络量测节点，并利用CVT采集量测节点初始电压时域数据u(t)。2)对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据。3)计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子；4)利用幅值和相位重构因子修正初始电压频域数据，计算得到量测节点谐波电压相量。2.根据权利要求1所述的一种基于CVT量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据的步骤包括：1)对初始电压时域数据u(t)进行傅里叶变换，得到频域上的电压U(h)，即：式中，t为时间；h为频率；e
‑
iht
为复变函数；表示傅里叶变换操作；2)对频域上的电压U(h)进行处理，得到初始电压频域数据。3.根据权利要求2所述的一种基于CVT量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，所述初始电压频域数据包括初始电压幅值和相位，即：V
mh
＝abs(U(h))
ꢀꢀꢀꢀ
(2)θ
mh
＝angle(U(h))
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，V
mh
为初始h次谐波电压幅值；θ
mh
初始h次谐波电压相位。4.根据权利要求1所述的一种基于CVT量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子的步骤包括：1)计算CVT端口的归一化入射散射变量a
k
和归一化反射散射变量b
k
，即：式中，U
k
和I
k
分别表示端口电压和电流；Z
k
为参考阻抗；端口序号k＝1或2；2)开展CVT扫频试验，建立体现线性二端口网络端口特性的散射参数矩阵，即：其中，散射参数S
11
、散射参数S
12
、散射参数S
21
、散射参数S
22
分别如下所示：3)建立CVT输入与输出端口电压关系，即：式中，F(s)为表征CVT一次电压和二次电压之间的线性关系的传递函数；
4)计算传递函数F(s)的逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭树永，杨鸣，江海，贺尧，刘伟，隆世锋，余定纯，司马文霞，袁涛，孙魄韬，刘佳妮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：