[发明专利]基于相量差值法电网谐波源动态检测方法

说明书

一种相量差值法的电网谐波源动态检测方法。将相量差值法的相关理论和方法引入到电网谐波源动态检测中，通过理论分析提出针对电网谐波源的动态检测方法，并验证算法和判据的合理性。相量差值法可有效检测电网异常信号，动态检测基于相量的叠加特性，指出某个节点的谐波电压程度可视为每个谐波源注入单独作用的叠加，从而有效记录各谐波源的接入时间、接入位置以及接入状态。在检测灵敏度和准确性上也大大优于传统检测。对电网谐波源的分析处理具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电网谐波源动态检测，具体是一种基于相量差值法电力系统的电网谐波源动态检测方法。

背景技术

谐波是电力系统中的主要污染源，是电力系统几大公害之一。谐波产生的根本原因是正弦的电压作用于非线性电路时产生非正弦的电流，或非正弦的电流在电网阻抗中产生非正弦的电压[4]。根据傅里叶级数的原理，任意周期信号都可以表示为由正弦函数和余弦函数组成的无穷级数。在傅里叶级数中频率不为基频50Hz的分量定义为谐波。谐波本质上是一个正弦周期分量，其频率为基频的整数倍。

由于谐波产生的根本原因为非线性，因此电力系统中根据非线性元件的性质可以将谐波源分为两大类。一类是半导体元件组成的电力电子设备，比如大功率晶闸管整流器、各种无功补偿装置、新能源接入装置等等。另外一类是包括电弧炉、变压器、旋转电机在内的电弧或铁磁非线性设备。当配电网系统中存在这两类设备时，均会有谐波电流注入，谐波注入的性质随谐波源类型的不同而不同。

谐波对电力系统的危害包括：

1)谐波会对输配电线路产生附加损耗，影响电网容量；

2)谐波会影响发电机、变压器、电力电缆等各种电气设备的正常工作；

3)谐波增加了电网中发生谐振的概率；

4)谐波会增加继电保护装置或电网自动化装置误动作的可能性。

除此之外，谐波还会影响各种用电设备以及弱电系统通信、测量、信息传输等等，谐波的影响危害体现在电力系统运行的各个层面。因此为限制电力系统谐波水平，我国于1993年发布国家标准，制定《电能质量-公共电网谐波》(GB/T14549-93)作为约束电力系统谐波的主要规定。

随着国民经济的发展，用户对电能质量及供电的可靠性要求也越来越高，因此需要电力公司采取有效的谐波监控手段，对谐波超标用户采取措施，抑制电网中的谐波污染，提高电能质量。

与传统的电力系统状态估计问题相同，在谐波领域的状态估计也分为静态状态估计与动态状态估计两种。解决动态状态估计的问题一般采用卡尔曼(kalman)滤波算法或其拓展算法解决。动态状态估计结合谐波的运动方程和某一时间层面的量测数据，对下一时刻的状态量进行预测。但是实际上，在电力系统中谐波的运动方程难以获取，系统负荷接入的变化特性也无从预测，因此适用性不高。此外，动态状态估计相对于静态估计而言，其优越性主要体现在估计结果的精确性更高上，与谐波动态检测的研究目的不同。

动态检测充分利用量测值的时间同步特性，将不同时间层面的估计值统一存储，运算。根据谐波相量的叠加性质以及独立分量分析理论，在已有谐波注入的基础上检测新的谐波注入变化，能够实现谐波源多点定位，并能准确记录谐波源接入的时间。

假设有一个存在n个独立节点的配电网系统，在某h1次谐波下，根据电网络理论可以列写其节点电压方程如下：

式中，电压和电流为谐波分量，Yii为节点i的自导纳，其值等于所有i节点的支路与负荷导纳之和；Yij为节点i与节点j之间的互导纳，其值等于i与j节点互联导纳的负值，若两节点不连接，则Yij＝0。Yii与Yij均为h1次谐波下的网络参数，网络参数始终为已知量。上式中省略所有谐波次数下标h1。

根据状态估计的结果，全网节点的各次谐波电压值已经得到，即