含dg復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法
【專利摘要】本發(fā)明通過(guò)對(duì)外部輸入電壓和電流進(jìn)行非線性自適應(yīng)濾波處理，得到在系統(tǒng)頻率小擾動(dòng)、暫態(tài)振蕩干擾和白噪聲等條件下的輸入基波分量的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)相位的動(dòng)態(tài)跟蹤，綜合考慮由上游系統(tǒng)等效參數(shù)和下游系統(tǒng)等效參數(shù)的變化，分析計(jì)算電壓暫降總電壓變化量中的上游、下游電壓變化量以及對(duì)應(yīng)上、下游權(quán)重系數(shù)，并給出了百分比形式的電壓暫降源定量定位結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)界定分清電壓暫降事故中供用電雙方各自的責(zé)任劃分和比例分擔(dān),完成電壓暫降源定位。本發(fā)明定位方法更具體、精確。
【專利說(shuō)明】含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的的電壓暫降源定 位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電能質(zhì)量（Power Quality)是21世紀(jì)現(xiàn)代電網(wǎng)的關(guān)鍵特征之一。電壓暫降 (Voltage Sag)是目前電力系統(tǒng)中最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，電壓暫降是指電網(wǎng)在系統(tǒng) 頻率時(shí)電壓有效值（RMS)瞬時(shí)減小到額定值的10%?90%范圍內(nèi)，其持續(xù)時(shí)間一般為半 個(gè)工頻周期到數(shù)秒鐘。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約80%的電能質(zhì)量問(wèn)題是由電壓暫降引起的，它會(huì)導(dǎo)致邏輯 控制器誤動(dòng)、調(diào)速裝置失靈、不可預(yù)計(jì)的欠電壓跳閘及計(jì)算機(jī)重要數(shù)據(jù)丟失等。最近十幾年 來(lái)，電壓暫降造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，資料表明，美國(guó)每年因電壓暫降事故造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 200多億美元，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家一次電壓暫降事故造成經(jīng)濟(jì)損失都在百萬(wàn)美元以上，而電壓暫 降給單個(gè)電力用戶造成給損失也十分巨大，上海華虹NEC-次電壓低于87%持續(xù)0. 12s的 電壓暫降造成直接損失就超100萬(wàn)美元。電壓暫降已成為目前國(guó)內(nèi)外電工領(lǐng)域迫切需要解 決的重要課題。
[0003] 為界定分清電壓暫降事故中供用電雙方各自的責(zé)任以及有效補(bǔ)償和排除暫降擾 動(dòng)源，電壓暫降源定位近年來(lái)受到了電氣領(lǐng)域的較多關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外不少研究人員在這 方面作了較多有益的探索，但由于受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性及保護(hù)和接地、分布電源接入 等多種因素的影響，電壓暫降源定位一直是近年來(lái)電能質(zhì)量研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0004] 電壓暫降源的定位，就是確定引起電壓暫降的干擾源位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的哪一側(cè)，從而 界定供用電雙方的責(zé)任。參照監(jiān)測(cè)點(diǎn)有功潮流的方向，如果暫降干擾源位于有功潮流的流 進(jìn)方向，稱電壓暫降源位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的上游；如果暫降干擾源發(fā)生在有功潮流的流出方向， 則稱電壓暫降源位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下游。監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般放置在供用電雙的責(zé)任分界點(diǎn)。目前電壓 暫降源定位計(jì)算方法主要有以下幾種。A. C. Parsons等首先提出擾動(dòng)功率和能量法來(lái)確定 電壓暫降源來(lái)自于監(jiān)測(cè)設(shè)備的哪一側(cè)，王成山等將此法改進(jìn)推廣到注入系統(tǒng)能量的擾動(dòng)源 定位，較好完成釋放或注入系統(tǒng)能量的多種擾動(dòng)源定位。章雪萌、徐永海等則利用小波多尺 度分析獲得的低頻能量變化來(lái)定位電壓暫降源，改善了噪聲和高頻諧波的影響。2008年董 新洲等將擾動(dòng)無(wú)功功率和無(wú)功量引入到暫降源定位中，使該定位法得到新擴(kuò)展。該類方法 較大程度上依賴于擾動(dòng)功率和擾動(dòng)能量?jī)蓚€(gè)量的吻合度，如果由兩者得到的結(jié)果不匹配， 那定位結(jié)果就易出錯(cuò)，且不同特性負(fù)荷在電壓暫降時(shí)的功率響應(yīng)也不同。另外一種方法基 本是通過(guò)類似監(jiān)測(cè)點(diǎn)等效阻抗的實(shí)部極性或大小變化來(lái)判斷暫降源的上、下游位置，包括 系統(tǒng)軌跡斜率、阻抗符號(hào)、實(shí)部電流等定位法。第三類方法僅基于電壓量或者電流量，通過(guò) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓暫降幅度和相位跳變關(guān)系規(guī)律分析，考慮由傳輸線和工業(yè)用戶內(nèi)網(wǎng)故障引起 電壓暫降的幅度與相位跳變之間軌跡線有不同模式特征，從而確定暫降源的位置，或者是 根據(jù)各支路電流變化量來(lái)實(shí)現(xiàn)暫降源定位。此類方法屬于經(jīng)驗(yàn)方法，很難去評(píng)估其可應(yīng)用 范圍。還有另外一種方法是先對(duì)電壓、電流及阻抗等量進(jìn)行矢量變換，在變換后矢量基礎(chǔ)上 再根據(jù)跟前面類似策略建立定位判據(jù)，對(duì)不平衡暫降源定位起到一定的改善作用。此外，近 年來(lái)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)開始在電能質(zhì)量領(lǐng)域應(yīng)用，多元回歸定位法首先確定最優(yōu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后 根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)利用多元回歸模型計(jì)算出系統(tǒng)所有母線的電壓偏差量等，再由此確定電壓 暫降源，主要也是基于電壓暫降幅度變化定位，但能用于多監(jiān)測(cè)點(diǎn)的全網(wǎng)源定位。
[0005] 隨著能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，近年來(lái)分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展， 配電系統(tǒng)中分布式電源（DG)的滲透率水平不斷提高。DG的引入使得配電系統(tǒng)從傳統(tǒng)的放 射狀無(wú)源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榉植加兄行⌒碗娫吹挠性淳W(wǎng)絡(luò)，配電系統(tǒng)的分析、控制和管理將變得更 加復(fù)雜。DG的接入能夠在一定程度上改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，能抑制配電網(wǎng)電壓暫降幅度和持 續(xù)時(shí)間；同時(shí)，DG的控制和保護(hù)策略、接入位置和出力都會(huì)對(duì)電壓暫降產(chǎn)生一定的影響，甚 至本身會(huì)導(dǎo)致電壓暫降。多個(gè)DG的并入將會(huì)使配電系統(tǒng)短路電流的大小、流向和分布發(fā)生 較大變化，而且包含DG的綜合負(fù)荷在電壓暫降過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性十分復(fù)雜，導(dǎo)致暫降源可 靠定位變得更加困難，特別是風(fēng)電、太陽(yáng)能等DG的出力隨自然條件變化隨機(jī)波動(dòng)較大，逆 變型DG(IIDG)在暫降故障后的復(fù)雜暫態(tài)過(guò)程等，都給暫降源定位帶來(lái)很多新實(shí)際問(wèn)題。
[0006] 而且，對(duì)已有方法的電壓暫降源定位方法都假設(shè)暫降過(guò)程中上、下游兩側(cè)參數(shù)不 會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，沒有對(duì)暫降過(guò)程中的含DG綜合負(fù)荷、綜合電源參數(shù)的動(dòng)態(tài)性、時(shí)變性因 素進(jìn)行考慮，容易造成暫降源方位的誤判。另外，在電壓暫降源定位中的信號(hào)處理中，已有 方法上采用的是穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)模型或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的信號(hào)處理方法（如傅立葉變換或短時(shí)傅立 葉變換），對(duì)系統(tǒng)頻率等的干擾、信號(hào)的時(shí)變性和暫態(tài)性缺少有效的處理，易引起信號(hào)模型 的建模誤差和信號(hào)處理的算法誤差，從而導(dǎo)致相關(guān)定位判據(jù)參數(shù)的偏差，進(jìn)而造成定位判 據(jù)邊界附近的定位出錯(cuò)。由于上述兩種因素在已有方法中都均未考慮，因此電壓暫降源高 精度定位，特別是含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位需要研究新的方法。本發(fā)明針對(duì)以上 問(wèn)題提出解決措施，為配電網(wǎng)電壓暫降源定位問(wèn)題帶來(lái)新的方法，將大大拓其在電能質(zhì)量 監(jiān)測(cè)與診斷、繼電保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的的電壓暫降源定 位方法，解決了現(xiàn)有配電網(wǎng)電壓暫降源定位方法中未考慮含DG配電網(wǎng)綜合負(fù)荷/電源參數(shù) 的動(dòng)態(tài)、時(shí)變性及電壓暫降過(guò)程中對(duì)信號(hào)時(shí)變性和暫態(tài)性缺乏有效處理的問(wèn)題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降 源定位方法，包括步驟：
[0009] 步驟1，利用非線性自適應(yīng)濾波器對(duì)本定位系統(tǒng)的外部電壓、電流輸入進(jìn)行自適應(yīng) 濾波處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)量具有暫態(tài)響應(yīng)能力的電壓、電流同步動(dòng)態(tài)相量，動(dòng)態(tài)檢測(cè)出電壓和電流 的時(shí)變動(dòng)態(tài)向量模型及參數(shù)；
[0010] 步驟2,利用步驟1中得到的電壓電流時(shí)變動(dòng)態(tài)相量模型及參數(shù)，計(jì)算出含DG的監(jiān) 測(cè)點(diǎn)下游等效綜合負(fù)荷和上游等效電源的等效模型及參數(shù)，并通過(guò)滾動(dòng)計(jì)算完成其參數(shù)動(dòng) 態(tài)跟蹤估計(jì)；
[0011] 步驟3,根據(jù)從電壓暫降前后過(guò)程中的上、下游兩側(cè)等效參數(shù)變化與監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓變 化量之間關(guān)系分析，計(jì)算出上、下游系統(tǒng)各自引起的電壓暫降分量，給出含DG復(fù)雜配電網(wǎng) 電壓暫降源定位的定量結(jié)果，完成電壓暫降源定位。
[0012] 前述的一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法，其特征是：所述步驟1中具 體計(jì)算過(guò)程為：非線性自適應(yīng)濾波器用微分方程（1)表示：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法，包括步驟： 步驟1，利用非線性自適應(yīng)濾波器對(duì)本定位系統(tǒng)的外部電壓、電流輸入進(jìn)行自適應(yīng)濾波 處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)量具有暫態(tài)響應(yīng)能力的電壓、電流同步動(dòng)態(tài)相量，動(dòng)態(tài)檢測(cè)出電壓和電流的時(shí) 變動(dòng)態(tài)向量模型及參數(shù)； 步驟2,利用步驟1中得到的電壓電流時(shí)變動(dòng)態(tài)相量模型及參數(shù)，計(jì)算出含DG的監(jiān)測(cè)點(diǎn) 下游等效綜合負(fù)荷和上游等效電源的等效模型及參數(shù)，并通過(guò)滾動(dòng)計(jì)算完成其參數(shù)動(dòng)態(tài)跟 蹤估計(jì)； 步驟3,根據(jù)從電壓暫降前后過(guò)程中的上、下游兩側(cè)等效參數(shù)變化與監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓變化量 之間關(guān)系分析，計(jì)算出上、下游系統(tǒng)各自引起的電壓暫降分量，給出含DG復(fù)雜配電網(wǎng)電壓 暫降源定位的定量結(jié)果，完成電壓暫降源定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法，其特征是：所 述步驟1中具體計(jì)算過(guò)程為：非線性自適應(yīng)濾波器用微分方程（1)表示：
式中，x(t)為外部輸入電壓或電流信號(hào)，A(t)為外部輸入的基波瞬時(shí)幅值估計(jì)，Coci為 基波頻率，$ (t)為外部輸入的瞬時(shí)相位，Iq、k2為常系數(shù)；公式（1)的特征根 決定了濾波系統(tǒng)的逼近速度，且該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，收斂到唯一確定的AtlSin(coj+ S 〇)鄰域 附近周期軌道，鄰域的大小是由匕、1^2和8(〇決定；該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)電壓、電流量進(jìn)行檢 測(cè)，實(shí)現(xiàn)具有暫態(tài)響應(yīng)能力的電壓、電流同步相量及頻率測(cè)量方法，建立電流和電壓的時(shí)變 動(dòng)態(tài)相量模型，分別為作K仍，其中I (t)、奶(0分別為t時(shí)刻的電流基波瞬時(shí) 幅值和相位，U(t)、奶,(0分別為t時(shí)刻的電壓基波瞬時(shí)幅值和相位，并求取這些模型參數(shù)， 獲得其正弦分量的瞬時(shí)幅值、頻率和相位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法，其特征是：所 述步驟2中，具體計(jì)算過(guò)程為： Z' Jt)為包含了分布電源DG阻抗的等效綜合時(shí)變負(fù)荷阻抗，：^c(〇為下游側(cè)分布電 源在監(jiān)測(cè)點(diǎn)等效時(shí)變電流源； 所述步驟1中通過(guò)非線性自適應(yīng)濾波器計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)各分析時(shí)段的時(shí)變動(dòng)態(tài)相量模 型（/⑴Z燦)，C/(〇Z%(〇)及參數(shù)值，取t時(shí)刻附近的三次連續(xù)分析時(shí)段Vt2、t3時(shí)變動(dòng)態(tài)相 量為(Z1Z(W1Zp1)，（J2Z(W 2々2)和(/3Z(W343)，利用三點(diǎn)法及擬牛頓信賴域算法求解出 監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游戴維南等效參數(shù)EsZ S，&和下游含DG配電網(wǎng)綜合負(fù)荷的等效參數(shù)Z' 及參數(shù)值，其中Es、S分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游側(cè)戴維南等效電壓源的幅度和相位、Zs為監(jiān)測(cè)點(diǎn)上 游側(cè)等效系統(tǒng)阻抗，Z' ^為包含了下游分布電源DG阻抗的等效綜合時(shí)變負(fù)荷阻抗，:Lc為 下游分布電源DG在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的等效時(shí)變電流源相量；通過(guò)不同t時(shí)刻的連續(xù)分析滾動(dòng)計(jì)算得 到監(jiān)測(cè)點(diǎn)上、下游的時(shí)變等效參數(shù)的跟蹤。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法，其特 征是：所述步驟3中，具體計(jì)算過(guò)程為：在獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)上、下游系統(tǒng)的時(shí)變等效參數(shù) Es(t) Z S，Zs(t)，Z，L(t)，L>G⑴后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓用等式（2)表示：
式中，為監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游側(cè)戴維南等效電壓源相量，RS、XS分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游側(cè)等效系統(tǒng) 阻抗的電阻和電抗，Z' ^為監(jiān)測(cè)點(diǎn)下游側(cè)等效綜合負(fù)荷阻抗，為下游側(cè)分布電源DG的 等效電流源相量；利用全變分原理，分別計(jì)算出由上游系統(tǒng)等效參數(shù)變化導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)點(diǎn)電 壓變化量AUur^P下游系統(tǒng)等效參數(shù)變化導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓變化量AUd_，根據(jù)總電壓變化 量A U和A Uup、A Ud_計(jì)算出電壓暫降的上游權(quán)重系數(shù)Wup = A Uup/ A U X 100 %、下游權(quán)重 系數(shù)％。? = A Ud_/ A UX 100%，從而給出了百分比形式的電壓暫降源定量定位結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓暫降源定位方法，其特征是：所 述公式（2)采用獨(dú)立變量分析法來(lái)計(jì)算電壓暫降源定量定位結(jié)果，計(jì)算過(guò)程如下： 計(jì)算出上游系統(tǒng)參數(shù)RS，XS，Es Z S以及下游系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)R' u X' u Im，叫《中 各單個(gè)參量造成的電壓變化量，其中，和分別為下游分布電源DG的等效電流源幅 度和相位；A%,,分別為上游系統(tǒng)參數(shù)Rs，Xs，Es Z S變化造成的電壓變化量， A%.分別為下游系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)R' u X' u ID(；，I變化造成的電壓變化 量：由么心^心^心八?^心一^^^?^和總電壓變化量^之比以別計(jì)算出上述各 單參量變化造成電壓暫降的對(duì)應(yīng)權(quán)重比例為： wl = AURi / AU, w2 = AUx^ I AU,w3 = AUe^ / AU , >v4 = AUr,l I AU,w5 = AUx，l / AU,, w6 = ^U, / AU,w7 = AUm /At/。 1DG YDG
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK104360235SQ201410665882
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】呂干云 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院