一種用于電力系統(tǒng)電流質(zhì)量評估的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電能質(zhì)量分析領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于電力系統(tǒng)電流質(zhì)量評估的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著時代的進(jìn)步，電力電子裝置在電能變換和并網(wǎng)過程中的作用越來越重要，應(yīng) 用范圍也越來越廣，但與此同時，該些非線性器件的使用給電網(wǎng)帶來了更為嚴(yán)重的諧波崎 變等電能質(zhì)量問題；另外，高鐵技術(shù)等的迅猛發(fā)展，電力牽引負(fù)荷的單相性也會加劇電網(wǎng)的 S相不平衡。電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的監(jiān)測、評估和治理是現(xiàn)如今保障電網(wǎng)正常運(yùn)行不容忽視 的環(huán)節(jié)。
[0003] 目前我國的電能質(zhì)量評估體系已初步建成，現(xiàn)有的電能質(zhì)量評估體系主要是建立 在電壓質(zhì)量評估的基礎(chǔ)上。電壓質(zhì)量通常包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電壓 波動與閃變、電壓暫降（暫升）與中斷、電壓諧波、電壓瞬變現(xiàn)象、電壓陷波、欠電壓、過電壓 等。在目前的電壓質(zhì)量評估過程中，主要研究前六項(xiàng)。但尚未有針對電流參量而進(jìn)行的評 估。
[0004] Czarnecki提出的電流物理分量理論（CPC理論），被認(rèn)為是目前最有前景的功率 理論之一。CPC理論在結(jié)合實(shí)際物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，運(yùn)用集總、等效等概念，重新定義了非正 弦不平衡條件下的功率量，將傳統(tǒng)意義上的功率劃分為有功功率、分散功率、無功功率、不 平衡功率和發(fā)生功率五種分量，同時電流也被分解為有功電流、分散電流、無功電流、不平 衡電流和發(fā)生電流。其中，有功功率和無功功率的概念與傳統(tǒng)概念類似，表征了負(fù)載的有功 和無功消耗；分散功率一定程度上表征了系統(tǒng)的崎變；不平衡功率為由電源流向負(fù)載的各 頻次下的負(fù)序電流產(chǎn)生的功率，表征了負(fù)載的不平衡特征和引起電壓的不平衡性；發(fā)生功 率體現(xiàn)了負(fù)載的非線性效應(yīng)。
[0005] 本發(fā)明正是基于W上背景，在CPC理論的基礎(chǔ)上，與電壓質(zhì)量相對應(yīng)，從電壓質(zhì)量 的評估指標(biāo)入手，根據(jù)電流的特點(diǎn)W及實(shí)際需要，發(fā)明了一種類似于電壓質(zhì)量評估的電流 質(zhì)量評估方法，W基于CPC理論的電流分量作為基本參量，來反映電力系統(tǒng)的功率因數(shù)、不 平衡W及諧波崎變等狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了對電流質(zhì)量進(jìn)行全面的評估，并為電能計量、電能質(zhì)量評估與治理等提供數(shù) 據(jù)與理論依據(jù)，本發(fā)明提出了一種用于電力系統(tǒng)電流質(zhì)量評估的方法，包括：
[0007] 步驟1 ;在每個頻譜分析時間窗內(nèi)，采集電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處的電壓和電流信 號；
[000引步驟2 ;將采集到的電壓和電流信號進(jìn)行傅里葉分解，得到電壓和電流諧波集N和 間諧波集Ni;
[0009] 步驟3 ;根據(jù)步驟2所述的電壓和電流諧波集N和間諧波集Ni，計算n次諧波和間 諧波的有功功率，nGM，M為系統(tǒng)中所有的諧波與間諧波子集的次數(shù)；
[0010] 步驟4 ;根據(jù)步驟3所述的n次諧波有功功率的方向，將諧波分為兩個子集噸和子 集Nd，間諧波分為兩個子集Nic和子集N1D;
[0011] 所述子集噸、Nie分別表示有功功率的方向?yàn)閺碾娫吹截?fù)荷的諧波和間諧波子集， 所述子集Nd、NiD分別表示有功功率的方向?yàn)閺呢?fù)荷到電源的諧波和間諧波子集；
[001引步驟5 ;根據(jù)步驟4所述的子集N郝子集Nd，將其中的諧波電流子集分為正向諧波 電流子集Nci和負(fù)向諧波電流子集NDI，根據(jù)步驟4所述的子集Nic和子集NW將其中的間諧 波電流子集分為正向間諧波電流子集Nia和負(fù)向間諧波電流子集N1DI;
[001引步驟6 ;根據(jù)步驟5所述的負(fù)向諧波電流子集Ndi和負(fù)向間諧波電流子集N1DI，對應(yīng) 的電流為發(fā)生電流ig，并運(yùn)用ig對負(fù)載引起的電流諧波和間諧波進(jìn)行評估；
[0014] 步驟7 ;根據(jù)步驟5所述的正向諧波電流子集Na和正向間諧波電流子集Nla對其 進(jìn)行進(jìn)一步分解；
[0015] 情形1，若電力系統(tǒng)為單相系統(tǒng)，則分解出有功電流、分散電流和無功電流；計算 出系統(tǒng)總電壓方均根值V和電流方均根I;由有功電流與設(shè)備額定電流Iw的比值計算出設(shè) 備利用率，由有功電流與電流方均根I的比值計算出系統(tǒng)運(yùn)行效率；由系統(tǒng)所要求的電壓 變動限值、電壓方均根值VW及系統(tǒng)阻抗計算出無功電流變動量與頻度；
[0016] 情形2,若電力系統(tǒng)為；相；線制系統(tǒng)，則分解出有功電流、分散電流、無功電流和 不平衡電流；計算出系統(tǒng)總電壓方均根值V和電流方均根I;由有功電流與設(shè)備額定電流Iw 的比值計算出設(shè)備利用率，由有功電流與電流方均根I的比值計算出系統(tǒng)運(yùn)行效率；由系 統(tǒng)所要求的電壓變動限值、電壓方均根值VW及系統(tǒng)阻抗計算出無功電流變動量與頻度；
[0017] 情形3,若電力系統(tǒng)為S相四線制系統(tǒng)，則分解出有功電流、分散電流、無功電流、 不平衡電流和零序電流；計算出系統(tǒng)總電壓方均根值V和電流方均根I;由有功電流與設(shè)備 額定電流Iw的比值計算出設(shè)備利用率，由有功電流與電流方均根I的比值計算出系統(tǒng)運(yùn)行 效率；由系統(tǒng)所要求的電壓變動限值、電壓方均根值VW及系統(tǒng)阻抗計算出無功電流變動 量與頻度；
[001引步驟8 ;采集下一時間窗內(nèi)電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處的電壓和電流信號，按所述步 驟2-7重新計算并更新各電流質(zhì)量評估指標(biāo)；
[0019] 步驟9 ;按所述步驟8重復(fù)計算14次，當(dāng)每次計算時間等于200ms時，對得到的各 指標(biāo)的15個值進(jìn)行無縫累積，得到3s累積值；
[0020] 步驟10 ;按步驟1-9進(jìn)行多次計算并更新各電流質(zhì)量評估指標(biāo)3s累積值。
[0021] 所述各電流質(zhì)量評估指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)性評估指標(biāo)和限制性評估指標(biāo)；屬于經(jīng)濟(jì)性評 估指標(biāo)的有；設(shè)備利用率n1，系統(tǒng)運(yùn)行效率n2,無功電流if，零序電流i。。;屬于限制性評估 指標(biāo)的有：包括不平衡電流iu，無功電流波動量與頻度AIf,發(fā)生電流ig，分散電流i,，間諧 波電流。
[0022] 所述設(shè)備利用率111表征設(shè)備被利用W傳輸有功功率的比率；所述系統(tǒng)運(yùn)行效率 ri2表征系統(tǒng)在運(yùn)行中有效傳輸有功功率的比率；所述無功電流it反映負(fù)載消耗的無功功 率和傳輸無功引起的網(wǎng)絡(luò)損耗；所述零序電流i。。體現(xiàn)負(fù)載的不平衡性和中性線的功率損 耗；所述不平衡電流iu體現(xiàn)負(fù)載的不平衡性和引起電壓的不平衡性；所述無功電流波動量 與頻度AIf反映負(fù)荷無功功率變動的嚴(yán)重程度和電壓的波動與頻度；所述發(fā)生電流ig表征 負(fù)載引起的電流崎變；所述分散電流表征系統(tǒng)引起的電流崎變；所述間諧波電流表征系 統(tǒng)電流的間諧波含量。
[0023] 本發(fā)明的有益效果在于；本發(fā)明提出的電流質(zhì)量評估方法，適用于單相系統(tǒng)、電 源對稱的=相=線制或=相四線制系統(tǒng)，通用性強(qiáng)，且指標(biāo)所對應(yīng)的物理概念明確，思路清 晰，適用系統(tǒng)的范圍較廣。
【附圖說明】
[0024] 圖1為各電流質(zhì)量評估指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖，對實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0026] 實(shí)施例1 ;單相系統(tǒng)
[0027] 步驟1 ;每個頻譜分析時間窗T內(nèi)，采集系統(tǒng)PCC點(diǎn)的電壓V電流信號i;
[002引步驟2 ;將采集到的電壓和電流信號進(jìn)行傅里葉分解，得到電壓、電流的波形集， 由于在計算中采取的是10周波的測量窗，因而同時可W獲得諧波集N和間諧波集Ni，該里 所需要的為電流的諧波和間諧波子集W及電壓的諧波子集；
[0032] 步驟3 ;根據(jù)步驟2所述的電壓和電流諧波集N，計算n次諧波和間諧波的有功功 率，nGM，M為系統(tǒng)中所有的諧波和間諧波子集的次數(shù)；
[00 對
（4)
[0034] 步驟4 ;根據(jù)步驟3所述的n次諧波和間諧波下的有功功率方向，將諧波分為子集 噸和子集ND，間諧波分為子集Nie和子集N1D;
[003引Pn〉0,nGNc或Nic;P。<0,nGNd或N1D巧）
[0036] 所述子集N。Nie分別表示有功功率方向?yàn)閺碾娫吹截?fù)荷的諧波和間諧波子集，所 述子集Nd、NiD分別表示有功功率方向?yàn)閺呢?fù)荷到電源的諧波和間諧波子集；
[0037] 步驟5 ;根據(jù)步驟4所述的子集噸和子集Nd，將其中的諧波電流子集分為子集噸1 和子集Ndi，根據(jù)步驟4所述的子集Ni郝子集N。，將其中的間諧波電流子集分為正向間諧波 電流子集Niei和負(fù)向間諧波電流子集N1DI;
[003引步驟6 ;根據(jù)步驟5所述的負(fù)向諧波電流子集Ndi和負(fù)向間諧波電流子集N1DI，對應(yīng) 的電流為發(fā)生電流ig，并運(yùn)用ig對負(fù)載引起的電流諧波和間諧波進(jìn)行評估；
[0039] 步驟7 ;根據(jù)步驟5所述的正向諧波電流子集Na和正向間諧波電流子集Nla對其 進(jìn)行進(jìn)一步分解；
[0040] 有功電流為
[0046] 所述參量可由下述公式計算得到：
[0047] 負(fù)載等效電導(dǎo)為G,=P/Mv|| 2，V。為各頻次的電壓相量。
[0048] 總電壓和電流方均根值為
[0057] 步驟8 ;采集下一時間窗內(nèi)系統(tǒng)PCC點(diǎn)處的電壓和電流信號，按所述步驟2-7重新 計算并更新各電流質(zhì)量評估指標(biāo)；
[005引步驟9 ;按所述步驟8重復(fù)計算14次，將得到的各指標(biāo)的15個值進(jìn)行組合，得到 3s組合值；
[0化9] 所述時間組合采用方均根值的計算方式。對于某個電流分量，假設(shè)在需要進(jìn)行時 間組合的時間段內(nèi)，計算得到的n個10周波的方均根值為Ii。。，則時間組合后的方均根值I為
[0060]
(14)
[0061] 步驟10 ;按步驟1-9進(jìn)行多次計算，即可獲得各電流質(zhì)量評估指標(biāo)的3s計算值。 [006引實(shí)施例2 ;;相立線制系統(tǒng)
[006引步驟1 ;每個頻譜分析時間窗T內(nèi)，采集系統(tǒng)PCC點(diǎn)的電壓Va、Vb、Vc和電流信號iA、1b、ic;
[0064]步驟2 ;根據(jù)步驟1所述的該時間窗內(nèi)的電壓和電流信號，將電壓和電流信號進(jìn)行 傅里葉分解，得到電壓、電流的波形集，由于在計算中采取的是10周波的測量窗，因而同時 可W獲得諧波集N和間諧波集Ni，該里所需要的為電流的諧波和間諧波子集W及電壓的諧 波子集；
[0068] 步驟3 ;根據(jù)步驟2所述的電壓和電流諧波集N和間諧波集Ni，計算n次諧波和間 諧波有功功率，nGM，M為系統(tǒng)中所有的諧波和間諧波子集的次數(shù)；
[0069]
(18)
[0070] 步驟4 ;根據(jù)步驟3所述的n次諧波和間諧波下的有功功率方向，將諧波分為子集 噸和子集ND，間諧波分為子集Nie和子集N1D;
[0071] Pn〉〇,nGNc或Nic;P。<〇,nGNd或N1D(19)
[007引所述子集N。Nie分別表示有功功率方向?yàn)閺碾娫吹截?fù)荷的諧波和間諧波子集，所 述子集Nd、NiD分別表示有功功率方向?yàn)閺呢?fù)荷到電源的諧波