專利名稱：一種閃變源定向的分形分析方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分析和判斷電力系統(tǒng)中造成電壓波動從而引起燈光照度不穩(wěn)的閃變源支路的 方法，屬測試技術領域。
技術背景電光源因電壓波動造成燈光照度不穩(wěn)定而弓胞的人眼視感反應稱為閃變，閃變通常是由于各 種類型的大功率波動性負荷投運弓l發(fā)的。近年來，電力系統(tǒng)中沖擊性、非線性負荷所占比翻來 越大，使電網電壓產生波動的頻率及幅度亦越來越大，嚴重影響了電網的電能質量。閃變源的定 向，即確定閃變干擾源所在的支路，對明確責任和進行電能質量治理具有重要意義。目前，這方 面的研^X作還比較少，已有的幾種分析方法都存在一定的缺陷。一種方法是在電流支路中串入一個已知的電抗，測量在這個電抗上由閃變引起的電壓降落。 當系統(tǒng)的短路阻抗已知盼瞎況下，就可以計算同一條母線上不同用戶對閃變的貢獻量，從而進行 閃變源的識別。由于這種方法需要在原先的網絡中串聯(lián)一系列的電抗，因而在實際中難以操作。禾,閃變功率進行閃變源定向的方法認為對于閃變源支路，電壓和電流包絡線的相位是相反 的，而對于非閃變源支路，電壓和電流的包絡線是同相的。由于提取包絡線過程中電壓電流相位 可能發(fā)生變化，導致閃變功率的正負不能準確反應閃變源情況。禾u用郞皆波(供電系統(tǒng)設計運行頻率非整數倍頻率的電壓或電流)功率進行閃變源定向的方法僅適用于由感應電動機或是變頻驅動裝置弓胞的規(guī)貝l偶變，對于由電弧爐等弓胞的頻率隨機波 動的閃變則無能為力，這是因為電弧爐弓胞的閃變頻率成分是隨機的?？傊?，目前對于閃變源還沒有找到一種方便、' 、準確的定向方法。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠準確、快速識別閃變源所在支路的閃變源定向的分形分析方法。本發(fā)明所稱問題是以下述技術方案實現的-一禾中閃變源定向的分形分析方法，它首先以一定的采樣頻率采集各負荷的電壓和電流數據，再計算^o:頻周期內電壓和電流的均方根值，然后分別計算所求出的電壓和電流均方根值的分形維數，最后將所得電壓均方根值和電流均方根值的分形維數與各自的閾值進行比較，判斷各支 路是否存在閃變源。上述閃變源定向的分形分析方法，所述*工頻周期內電壓和電流均對艮值、分形維數的具 體計算步驟如下a、 以一定的采樣頻率采集各負荷的電壓和電流數據；b、 計算^t工頻周期內電壓的均方根值t/RMs(W)和電流的均方根值/RMs("):其中，w A是第n個工頻周期內第yt點的電壓瞬時值，Q是第n個工頻周期內第A點的電流瞬時值，^是一個周期內的采樣點數；c、分別計算電壓均方根值的分形維數&和電流均方根f直的分形維數a :假設在[W + A小寸間內，電壓的均方根值"腿s(")和電流的均方根值/腿s(")均有iV個值，分別是(^,t/2,A,C/w)和(A,/2,A,/w)，令5 =主:ei"'.-"'.+i1 ziw,+i乖=i=l- M(5)-"<5 ,5 則電壓均方根值、電流均方根值在[M + 區(qū)間內的分形維數分別為log，) logM(。1 " 1log(士) log(7)d、判斷是否存在閃變源:若某支路凡〉1.93，且A〉2.3，則該支路存在閃變源，否則無閃變源。 上述閃變源定向的分形分析方法，所,樣頻率為800Hz，所述計算工頻周期為0.02s。 本發(fā)明以電壓均方根值和電流均方根值的分形維數是否大于各自的閾值為判據，只需要采集各負荷的電壓和電流數據，就能夠方便、+ 、準確地找到電力系統(tǒng)中造成電壓波動的閃變源，使閃變危害t,得到及時有效的治理，具有較大的實用價值。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。 圖1為常莊變電站部分負荷接線圖； 圖2為鹿坡變電站部分負荷接線圖；圖3為常莊變電站電力機車牽弓l負荷、居民負荷的電壓均方根值情況；圖4為鹿坡變電站中頻爐電壓的均方根值情況；圖5為鹿坡變電站電弧爐船七期的電壓均方根值情況；圖6為常莊變電站電力機車牽弓l負荷電流的均方根值情況；圖7為常莊變電站居民負荷電流的均方根值情況；圖8為鹿坡變電站中頻爐電流的均方根值情況；圖9為鹿坡變電站電弧爐熔化期電流的均方根值情況；圖10為分形維數的計算示例。圖中各符號為URMS(t)、電壓的均方根值，lRMs(t)、電流的均方根值，Z、時間。 文中所用符號t/RMs(M)是第"個工頻周期內電壓的均方根值，/RMs(W)是第"個工頻周期 內電流的均方根值，W 4是第n個工頻周期內第yt點的電壓瞬時值，"是第n個工頻周期內第A: 點的電流瞬時值，w是一個周期內的采樣點數，5計算分形維數的網格寬度，描述了網 格寬度為《時，電壓均方根值f/RMS(")在[M + "]區(qū)間內的網格數，M(。描述了網格寬度為5 時，電流均方根值/RMs(")在b + A/]區(qū)間內的網微，A、電壓均對艮值的分形維數，A、 電流均方根值的分形維數。
具體實施方式
閃變產生的根本原因是波動性負荷產生了波動性的電流，波動電流流過系統(tǒng)阻抗時將弓l起電 壓降從而產生了特定頻率范圍內的電壓波動。同樣為電流劇烈變化的波動性負荷，從統(tǒng)計角度分 析，貝懼有不同的變化規(guī)律，如閃變源負荷中的電弧爐、中頻爐等電流均方根值波動劇烈，且波 動周期小，而電力機車牽弓l負荷(即電鐵負荷)雖然均方根值波動劇烈但是波動周期大，對母線 電壓^titM動但不會產生閃變。因此閃變源負荷和非閃變源負荷在均方根特性上有明顯的差異，波形的復雜度也不相同。進行閃變源定向的關鍵是找到閃變源和非閃變源在某^ir征量上的差別。分形是對沒有特征長度但具有一定意義下的自相似圖形和結構的總稱。其 開究X才象是自然界 和非線性系統(tǒng)中出現的不光滑和不規(guī)則的幾何形體，其分形度量為分形維數。分形維數反映的是 分形集的復雜性，分形集越復雜，分形維數越大。因lt[^f測得的不同負荷的電壓和電流數據，首先齡周期計算一次有效值，然后再計算有效 值的分形維數，通過判斷電壓電流分形維數是否超過規(guī)定閾值，就可以正確識別出閃變源支路。下面以河南鄭州供電公司上街供電局常莊變電站和鹿坡變電站的部分負荷數據為例對本方法 進行說明，負荷接線圖分別如圖1和圖2。圖3 圖5分別為不同負荷的電J1A相數據計算出的均方根值波形，圖6 圖9分另偽不同負荷的 電^1相 計算出的均方根值波形。對^t負荷都以800Hz的采樣頻率采集了十射中(60s)的數 據。常莊變電站數據采集時間為2008年1月8日14點52分,鹿坡變電站中頻爐繊采集時間為1月9日 l點22分。電弧爐船七期數據采集時間為1月9日0點5分。電壓電流均方根值的計算方法如下計算^ML頻周期內電壓的均方根值f/Rj^")和電流的均方根值/RMS("):式中Wm是第n個工頻周期內第A點的電壓瞬時值，Q是第n個工頻周期內第A:點的電流瞬時值，附是一個周期內的采樣點數。從圖3 圖5、圖6 圖9中可以看出不同的負荷，其電壓均方根值和電流均方根H^化情況不同。其中電流均方根itm能反映不同負荷的波動情況電力機車牽引負荷和電弧爐負荷在十分鐘內都有劇烈的波動，但是電力機車牽引負荷主要在較大周期內波動，在短時間內幅值的波動很 小，而電弧爐則是在較小周期內波動幅值非常大。居民負荷的波動周期介于兩者之間，但是波動 幅值很小。而中頻爐波動周期m電弧爐，但是波動幅值比電弧爐小。圖IO為分形維數的求取，所示曲線為常莊變電站電力機車牽弓l負荷某一時段的電流均方根值 波形。首先構，長為5的網格或稱盒子，然后計算不同5值下，"盒子"與/rms(0相交的個數 ^ Grms )，就是覆蓋/rms(,)的網格數(就是盒子的個數，用來度量/rms(0的復雜程度)，當 3 — 0時，A^(/RMs)增長的對數速率即為電力機車牽引負荷電流均方根值的分形維數A 。對于實際系統(tǒng)中計算出來的離散有效值信號/rms")，假設在[^ +A^]時間內有W個值(A,/2,A,/J，令<formula>formula see original document page 8</formula>M(。描述了網格寬度為3時，信號在t, + 區(qū)間內的網格數。電流均方根值在, + A^]區(qū)間內的分形維數為<formula>formula see original document page 8</formula>電壓均方根值在[V + 區(qū)間內分形維數的算法與此相同。表l，表2為計算出來的不同負荷電壓、電流均方根值的分形維數，以及電壓的短時間閃變值^ 。表l母線腿名稱分形維數尸st電鐵、居民負荷1. 45730. 253941中頻爐2. 294543. 26054電弧爐艦期1. 942141. 300371表2^E各電流名稱分形維數 電鐵 2.09188居民負荷 2.25681 中頻J:戶 2.49396 電弧爐艦期2.8332計算出的&超標的母線電壓，其電壓均方根值和維數超過了 1. 93，正好對應的是兩個閃變源: 中頻爐和電弧爐。電流均方根值分形維數非閃變源沒有超過2.3，且電流均方根值的分形維數電弧 爐高于中頻爐，高于居民負荷以及電力機車牽弓l負荷。這與理論分析的結果相一致，即計算出的 分形維數越高，電壓電流均方根值波動越劇烈且波動周期越小。因此電流均方根值的分形維數可 以描述閃變源和非閃變源之間的差異。此外ffi31仿真數據也表明了對于i^超標的母線電壓，其電 壓有效值的分形維數同樣超過了 1.93。而對于各支路的電流有效值分形維數而言，非閃變源支路 的最大仍不艦2.3。因此可以設定電壓均方根值分形維數閾值為1.93，電流均方根值分形維數閾值為2.3[通過 PSCAD (電力系統(tǒng)計穀幾輔助設計)仿真軟件數據和現場實測數據分析得出的結論，應用在不同的 系統(tǒng)中該閾值可能稍有變化]，認為超出這兩個閾值者即為閃變源?？梢韵扰袛嚯妷壕礁中尉S 數是否超出閾值，X寸超出閾值者再進一步對電流均方根值分形維數進行判斷，確定閃變干擾源所 在的支路。上述實施例的計算結果表明，本發(fā)明提供的閃變源定向方法完全可行，電壓、電流均方根值 的分形維數可以描述閃變源和非閃變源之間的差異，先判斷電壓均方根分形維數是否超出閾值 1.93，對超出閾值者再進一步對電流均方根值分形維數進行判斷，是否超出閾值2.3，確定閃變干 擾源所在的支路。
權利要求
1、一種閃變源定向的分形分析方法，其特征是，它首先以一定的采樣頻率采集各負荷的電壓和電流數據，再計算每個工頻周期內電壓和電流的均方根值，然后分別計算所求出的電壓和電流均方根值的分形維數，最后將所得電壓均方根值和電流均方根值的分形維數與各自的閾值進行比較，判斷各支路是否存在閃變源。
2、 根據權利要求l所述閃變源定向的分形分析方法，其特征是，所述*工頻周期內電壓和電流均方根值、分形維數的具體計算步驟如下a、 以一定的釆樣頻率采集各負荷的電壓和電流數據；b、 計算4Th工頻周期內電壓的均方根值f/RMS(")和電流的均方根值/nMS("): =i w hi其中，是第n個工頻周期內第t點的電壓瞬時值，是第n個工頻周期內第A:點的電流 瞬時值，w是一個周期內的采樣點數；c、分別計算電壓均別艮值的分形維數凡和電流均方根值的分形維數A :假設在[V + M]時間內，電壓的均方根值"RMS(")和電流的均方根值/RMS(")均有iV個值，分別是隊"<formula>formula see original document page 0</formula>則電壓均方根值、電流均方根值在[V + A/]區(qū)間內的分形維數分別為<formula>formula see original document page 0</formula>d、判斷是否存在閃變源若某支路A〉1.93，且p,>2.3，則該支路存在閃變源，否則無閃變源。
3、根據權利要求1或2所述閃變源定向的分形分析方法，其特征是，戶7f^樣頻率為800Hz， 所述計算工頻周期為O. 02s。
全文摘要
一種閃變源定向的分形分析方法，屬測試技術領域，用于解決閃變源定向問題。其技術方案是它首先以一定的采樣頻率采集各負荷的電壓和電流數據，再計算每個工頻周期內電壓和電流的均方根值，然后分別計算所求出的電壓和電流均方根值的分形維數，最后將所得電壓均方根值和電流均方根值的分形維數與各自的閾值進行比較，判斷各支路是否存在閃變源。本發(fā)明以電壓均方根值和電流均方根值的分形維數是否大于各自的閾值為判據，只需要采集各負荷的電壓和電流數據，就能夠方便、快捷、準確地找到電力系統(tǒng)中造成電壓波動的閃變源，使閃變危害能夠得到及時有效的治理，具有較大的實用價值。
文檔編號G01R31/08GK101598760SQ20091007457
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權日2009年7月1日
發(fā)明者賈秀芳, 趙成勇, 清 陳 申請人:華北電力大學(保定)