专利名称：电容器投切对动态电压波动影响的特征评价方法
技术领域：
本发明涉及一种电力供电系统中动态电能质量的评价分析方法，特别 是涉及一种电容器投切对动态电压波动影响的特征评价方法。
背景技术：
随着自动化生产线、精密控制、高科技企业等的发展，用电客户不但 对于电力系统生产、运行过程中所涉及的电流波形畸变问题、稳态电压质 量问题和能量的可靠性提出了较高的要求以外，还提出了动态和瞬态电能 质量要求。
动态电能质量指持续时间在几个毫秒至几分钟范围内的事件，包括电
压暂降(dip)和电压暂升(swell),以及短时中断(interruption)等。 瞬态电压质量指持续时间小于lms的电能质量事件，主要指电压瞬变和电 压切痕。电压瞬变又称为瞬时脉冲，是指在一定时间间隔内，两个连续稳 态电压之间在极短时间内发生的一种突变现象或数量变化。这种瞬时脉冲 可以是任一极性的单方向脉冲，也可以是第一个峰值为任意极性的衰减振 荡波，即发生在任一极性阻尼振荡波的第一个尖峰。
目前，动态和瞬态电能质量还处于研究阶段，IEC(国际电工委员会) 等标准讨论了动态电能质量的定义、算法、监测要求等；但是，由于缺少 详细的监测数据和兼容性运行管理经验等原因，动态和瞬态电能质量并没 有具体的控制指标。在美国等发达国家，信息、电子等行业协会为维护本
行业的利益，提出了各自行业设备的动态电能质量兼容水平，要求各自行 业所选购的设备能够容许规定范围的动态电能质量波动。
为更好地服务客户，改善和提高电力系统的动态和瞬态电能质量水 平，供电公司需要对电容器投切产生的动态电压波动情况进行分析评价， 作为供电公司编制运行规程、操作规程、试验规程等的参考和依据，也可 以作为用电敏感用户制定提高动态电压兼容性水平措施的参考和依据。
电容器的投切会使供电母线电压产生波动，但是缺少具体波动的动态 电能质量指标、特征及影响因素和规律的完整评价。以往的研究往往采用 电压暂升/暂降测试设备进行测试，但是由于其时间分辨率不能满足要求， 因此不能得到正确的描述结果。以往的录波研究侧重于分析最大电压，缺 少对于波动过程的完整描述。
由于受研究手段、运行方式、现场测试条件影响，缺少多种因素影响 电容器产生母线电压波动程度的研究。缺少对于电容器投切产生供电母线 电压波动的规律研究，就不能针对其规律，制定有效、可行的改善电容器 投切产生动态电压波动的措施，也不能为供电公司提供足够的参考，不能 为用电客户制定提高动态电能质量兼容性措施提供足够的技术支持。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电容器投切对动态电压波动影 响的特征评价方法，为供电公司编制运行规程、操作规程、试验规程供参 考和依据，也可以作为用电敏感用户制定提高动态电压兼容性水平措施的 参考和依据。
为解决上述技术问题，本发明的电容器投切对动态电压波动影响的特 征评价方法，包括电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征、电 压瞬态特征评价；电容器投切产生供电母线电压波动的影响因素及规律评 价；其中所述电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征评价包
括如下步骤-
基于等频率采样，采用lOOkHz滚动数据窗计算电容器投切时，供电 母线电压的动态电能质量指标电压暂升、电压暂降以及短时中断；
依据IEEE或者供电公司、用电企业的电压容许曲线进行分析，电容 器投切产生的电压暂降、暂升或者短时中断指标是否在电压容许的区间 内。
本发明从电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征评价、电 压瞬态特征评价；电容器投切产生供电母线电压波动的影响因素及规律评 价；多方面完整、科学地评价了电容器投切产生的供电母线电压波动的影 响，可以作为供电公司编制运行规程、操作规程、试验规程等的参考和依 据，也可以作为用电敏感用户制定提高动态电压兼容性水平措施的参考和 依据。
本发明以实测为基础，采用动态实时数字模拟系统(RTDS)搭建供电 系统研究模型，能够得出电容器配置方式、电网运行方式、电容器投切角、 串联电抗器比例、不同母线负荷等多种不同条件下，对于电容器投切所产 生的电压波动大小的影响。对于得出的电容器投切产生的动态电压波动， 供电公司可以考虑采用相应的改善措施。
具体实施例方式
电容器投切对于供电母线动态电压波动影响的特征评价，包括电容器 投切产生的供电母线动态电能质量指标特征、电压瞬态特征评价；电容器 投切产生供电母线电压波动的影响因素及规律评价等。
在本发明的方法中具体的评价过程是
一、电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征评价。 该评价是计算当电容器投切时，供电母线电压的动态电能质量指标电
压暂升(swell)、电压暂降(sag)以及短时中断(interruption),分析
评价其能否被用电客户所兼容。其具体方法采用基于100kHz频率的动态
电能质量指标计算方法
采用100kHz高采样频率录波器记录供电母线电压受电容器投切引起
的电压变化波形；
依据国际标准[IEC61000-4-30 (2003) Testing and Measurement Techniques Power Quality Measurement Methods]关于动态电倉b质量指 标电压暂升、电压暂降以及短时中断的定义，按下式计算电压暂升(有名 值)、电压暂降(有名值)。
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其中N为每周波采样点数；
j为进行连续半周波滚动全周波有效值计算的计数单位； Uk2表示采样点电压值的平方。
根据供电过程中受电气操作、电网故障等因素影响电压波动的特征分 析，可以看出电压波动往往在不足一个周波或几个周波内完成，采用上述 标准中常规的半周波有效值计算方法，其时间分辨率为10ms，不能描述 出动态电压质量指标的变化特征。本发明在上述现有算法的基础上，对其 进行改进，具体方法为基于等频率采样，采用100kHz滚动数据窗进行计算电压暂升和电压暂降(有名值)。艮P:其中N为每周波采样点数。在本发明中N取2000。基于对供电过程中受电气操作、电网故障等因素影响电压波动特点的研究，在计算电压暂升、电压暂降过程中边界条件如下近似取电压波动前的平均电压作为滑压参考值[IEC61000-4-30 (2003)定义的用于描述电 压暂降/暂升参考电压的术语];电压波动对于电网频率的影响可以忽略不 计。计算表明，采用恒定宽度2000个采样点的矩形数据窗进行有效值分 析，可能产生的误差为0. 1%，完全满足应用的要求。相邻采样点的时间间隔进行滚动计算，画出电压波动过程中的电压标 么值一时间变化曲线，其中电压标么值=电压滚动计算有效值/滑压参考值根据边界条件，滑压参考值为电压波动前的平均电压(恒定值)，由 此可以得到动态电能质量指标电压暂升、电压暂降以及短时中断的特征值电压标么值的最小值为电压暂降幅值(标么值)，如果该电压暂降幅 值(标么值)小于O.lp.U则为短时中断;电压标么值的最大值为暂升幅 值(标么值)；超过电压暂降或暂升阈值的时间差为持续时间(电压暂降/暂升阈值，为判断电压暂降/暂升发生的门槛值，用标么值表示，可以参考IEC等标准的推荐值，也可以根据研究的需要进行设置)。
依据IEEE或者供电公司、用电企业的电压容许曲线进行分析，电容器投切产生的电压暂降、暂升或者短时中断指标是否在电压容许的区间 内。二、 电容器投切产生的供电母线电压瞬态特征评价。 电容器投切产生的供电母线电压波动属于瞬态电压振荡，其振荡频率和幅值分析步骤如下利用100kHz高采样频率录波器记录供电母线电压受电容器投切引起电压变化的波形。截取电压波动过程的波形，采用FFT (傅立叶变换)算法计算电压瞵 态脉冲振荡的频率和幅值。三、 电容器投切产生供电母线电压波动的影响因素及规律评价。 电容器投切对供电母线电压波动的影响因素包括系统短路容量、投切角、电容器容量、负荷、串抗等。利用动态实时数字模拟系统(RTDS)搭建供电系统模型，系统的电源 由无穷大系统经短路阻抗连接提供。供电母线上的电容器配置根据无功配 置的导则的要求进行设置。计算不同短路容量下电容器投切产生的电压波动大小。仿真计算结果 表明，短路容量越小，母线上产生的电压暂降/暂升越大。反之亦然。计算电容器在不同的投切角情况下进行投切产生的电压波动大小。仿 真计算结果表明，电容器投入过程中的最大电压暂升/暂降幅值会随着投 切角的不同有变化，但是变化的幅值小于5%。计算电容器在导则规定范围内容量由大到小配置时，进行投切产生的
电压波动大小。仿真计算结果表明，电容器容量越大，在电容器投切过程 中产生的电压暂降/暂升幅值越大。计算电容器在导则规定范围内串联电抗器由小到大时，进行投切产生 的电压波动大小。仿真计算结果表明，在不同串抗条件下，电压暂升/暂 降幅值随投切角的变化规律基本相同;在电容器投切过程中产生的电压暂降/暂升幅值也基本相同。计算供电母线上的负荷由小到大变化时，进行投切产生的电压波动大 小。仿真计算结果表明，在其他条件(系统短路容量、投切角、电容器容 量、串抗)相同的情况下投合电容器时，负荷越大的母线电压变化越小。四、为减小和改善电容器投切产生的动态电压波动，供电公司可以考 虑的措施。根据电容器投切对于供电母线动态电压波动影响的特征评价，供电公 司可以采取以下措施改善供电母线受电容器投切影响产生的动态电压波 动(1) 由于短路容量越小，母线上产生的电压暂降/暂升越大，推荐对 动态电压质量敏感的用户优先选择短路容量大的供电电源。(2) 由于电容器容量越大，在电容器投切过程中产生的电压暂降/ 暂升幅值越大。因此，对动态电压质量敏感的用户供电，推荐电容器的分 组尽可能做得小；对于变电站两组电容器中一组容量大、 一组容量小的情 况，在通过其他可行性论证的前提下，推荐先投后切容量小的电容器组。(3) 由于在其他条件相同的情况下投合电容器时，负荷越大的母线 电压变化越小。对动态电压质量敏感的用户供电，可以通过增加供电母线
的负荷，减少电容器投切过程中的动态电压波动。具体的负荷容量，可以 进行仿真计算，也可以参考本发明的结论。
权利要求
1、一种电容器投切对动态电压波动影响的特征评价方法，包括电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征、电压瞬态特征评价；电容器投切产生供电母线电压波动的影响因素及规律评价；其特征在于所述电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征评价包括如下步骤基于等频率采样，采用100kHz滚动数据窗，计算电容器投切时，供电母线电压的动态电能质量指标电压暂升、电压暂降以及短时中断；依据IEEE或者供电公司、用电企业的电压容许曲线进行分析，电容器投切产生的电压暂降、暂升或者短时中断指标是否在电压容许的区间内。
2、 如权利要求1所述的电容器投切对动态电压波动影响的特征评价 方法，其特征在于，所述电容器投切产生的供电母线电压瞬态特征评价包 括如下步骤利用100kHz高采样频率录波器记录供电母线电压受电容器投切引起 电压变化的波形；截取电压波动过程的波形，采用FFT算法计算瞬态电压脉冲振荡频率 和幅值。
3、 如权利要求1所述的电容器投切对动态电压波动影响的特征评价 方法，其特征在于，所述电容器投切产生供电母线电压波动的影响因素及 规律评价包括如下步骤利用动态实时数字模拟系统搭建供电系统模型，系统的电源由无穷大系统经短路阻抗连接提供，供电母线上的电容器配置根据无功配置导则的要求进行设置；计算不同短路容量下电容器投切产生的电压波动大小，短路容量越 小，母线上产生的电压暂降/暂升越大，短路容量越大，母线上产生的电压暂降/暂升越小；计算电容器在不同的投切角情况下进行投切产生的电压波动大小，电 容器投入过程中的最大电压暂升/暂降幅值随着投切角的不同而变化，但 是变化的幅值小于5%;计算电容器在导则规定范围内容量由大到小配置时，进行投切产生的 电压波动大小，电容器容量越大，在电容器投切过程中产生的电压暂降/暂升幅值越大；计算电容器在导则规定范围内串联电抗器由小到大时，进行投切产生 的电压波动大小，在不同串抗条件下，电压暂升/暂降幅值随投切角的变 化规律大体上相同；在电容器投切过程中产生的电压暂降/暂升幅值也大 体上相同。计算供电母线上的负荷由小到大变化时，进行投切产生的电压波动大 小，在其他相同的情况下投合电容器时，负荷越大的母线，电压波动越小。
全文摘要
本发明公开了一种电容器投切对动态电压波动影响的特征评价方法，包括评价电容器投切产生的供电母线动态电能质量指标特征、电压瞬态特征；电容器投切产生供电母线电压波动的影响因素及规律。其中供电母线动态电能质量指标特征评价包括基于等频率采样，采用100kHz滚动数据窗计算电容器投切时，供电母线电压的动态电能质量指标电压暂升、电压暂降以及短时中断；依据IEEE或者供电公司、用电企业的电压容许曲线进行分析，电容器投切产生的电压暂降、暂升或者短时中断指标是否在电压容许的区间内。本发明可作为供电公司编制运行规程、操作规程、试验规程的参考和依据，或作为用电敏感用户制定提高动态电压兼容性水平措施的参考和依据。
文档编号H02J3/18GK101399444SQ20071009412
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月29日 优先权日2007年9月29日
发明者谦 任, 冷伟岚, 张旭航, 张继忠, 桂勤昌, 沈建忠, 崎 涂, 潘华明, 潘国美, 潘永刚, 田英杰, 亮 陈, 顾黎强 申请人:上海市电力公司;上海市电力公司市东供电公司;华东电力试验研究院有限公司