基于集总功率的用户侧谐波源定位方法与流程

本发明属于谐波责任区分技术领域，具体涉及一种基于集总功率的用户侧谐波源定位方法。

背景技术：

近年来，太阳能发电、风力发电等分布式电源直接接入配电网，给配电网带来了新的谐波问题，大量的含电力电子器件的用电设备接入配电网，也使得用户电流发生畸变，谐波污染日趋严重。谐波电流使得配电网电能损耗大幅增加，用电设备过热而寿命缩短，甚至发生危险的谐振过电压，严重影响供电的安全性、可靠性，已成为了配电网的一大公害。由于谐波用户数量较多、类型复杂，而不同谐波用户产生的谐波电流存在较强的耦合性，无法直接定位用户的谐波源，是当前智能电网的一大研究热点。现有的用户侧谐波源定位方法是负荷阻抗法，该方法只能定性判断用户是否为谐波源，而无法确定用户的谐波含量及谐波成分。配电网公共连接点(pointofcommoncoupling,pcc)，即pcc点，接有多个用户，因为pcc点谐波电流水平无法代表各用户谐波的真实水平，这会导致电能质量纠纷和谐波责任不清，当发生电能质量问题时，无法进行责任处罚。根据我国“谁污染，谁治理”的谐波管理原则，谐波责任应准确定位到用户。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于集总功率的用户侧谐波源定位方法，在发生电能质量问题时，将谐波源精确定位到各用户，并准确计算出各用户谐波的含量及成分，公平的进行责任处罚，避免电能质量纠纷和谐波责任不清的问题，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于集总功率的用户侧谐波源定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采集配电网公共连接pcc点处电压信号以及用户馈线首端处的电流信号：采集配电网公共连接pcc点的a相电压upa(t)、b相电压upb(t)、c相电压upc(t)，通过馈线电流互感器组分别采集配电网m个用户侧馈线首端处三相电流im.a(t)、im.b(t)、im.c(t)，其中，m和m均为正整数且m＝1,2，…，m；

步骤二、获取采集信号的谐波成分：处理器采用傅里叶变换分别提取upa(t)、upb(t)和upc(t)的各个谐波分量的相量，得到和同时采用傅里叶变换分别提取im.a(t)、im.b(t)和im.c(t)的各个谐波分量的相量，得到和k为除基波外的谐波次数且k归为集合nk；

步骤三、计算用户侧馈线首端处各次谐波的集总功率和集总有功功率，过程如下：

步骤301、根据公式计算第m个用户侧馈线首端处y次谐波的集总功率其中，y∈nk，为的共轭，为的共轭，为的共轭；

步骤302、根据公式计算第m个用户侧馈线首端处y次谐波的集总有功功率

步骤303、多次循环步骤301至步骤302，获取集合nk内每个用户侧馈线首端处各次谐波的集总功率和集总有功功率；

步骤四、定位用户侧谐波源及各谐波次数：通过对用户侧馈线首端处各次谐波进行筛选定位，当时，通过该对应的用户编号m定位用户谐波源位置，通过该对应的y次谐波确定谐波源成分，将含有谐波源的用户编号m用z表示，z归为集合nz，将y归为集合nl；当时，该对应的用户为非谐波源用户，将该对应的谐波次数y归为集合其中，

步骤五、用户侧谐波电流的显示输出，过程如下：

步骤501、根据公式计算用户z处的集总等效电导为用户z处的y次谐波的集总电压有效值且为pcc点a相电压的y次谐波相量的有效值，为pcc点b相电压的y次谐波相量的有效值，为pcc点c相电压的y次谐波相量的有效值；

步骤502、根据公式计算用户z处的y次谐波等效电导其中，y∈nl；

步骤503、多次循环步骤502，获取用户z处集合nl内各次谐波的等效电导；

步骤504、根据公式分别计算用户z处a相谐波电流b相谐波电流和c相谐波电流

步骤505、多次循环步骤501至步骤504，获取集合nz内各个用户的三相谐波电流，并通过显示器显示输出。

上述的基于集总功率的用户侧谐波源定位方法，其特征在于：步骤一中通过母线电压互感器一采集配电网公共连接pcc点的a相电压upa(t)，通过母线电压互感器二采集配电网公共连接pcc点的b相电压upb(t)，通过母线电压互感器三采集配电网公共连接pcc点的c相电压upc(t)。

上述的基于集总功率的用户侧谐波源定位方法，其特征在于：步骤一中馈线电流互感器组的数量为m个。

上述的基于集总功率的用户侧谐波源定位方法，其特征在于：所述处理器上连接有存储器和通信模块，母线电压互感器一的信号输出端、母线电压互感器二的信号输出端、母线电压互感器三的信号输出端和馈线电流互感器组的信号输出端均与处理器的信号输入端相接，显示器的信号输入端与处理器的信号输出端相接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采集配电网公共连接pcc点的三相电压，同时通过馈线电流互感器组分别采集配电网m个用户侧馈线首端处三相电流，获取相关数据简单快捷，投入成本低，便于推广使用。

2、本发明通过对采集的信号进行傅里叶变换，分别提取各个谐波分量的相量，通过用户侧馈线首端处各次谐波的集总功率和集总有功功率，明确区分出公共连接点产生谐波的用户和不产生谐波的非谐波源用户，公共连接点另一侧电网侧的谐波含量及谐波成分，将谐波源精确定位到各用户，可靠稳定，使用效果好。

3、本发明方法步骤简单，通过用户侧馈线首端处三相谐波电流和等效电导，明确谐波源用户产生的谐波成分及谐波含量，统一通过电流值公平的进行责任处罚，避免电能质量纠纷和谐波责任不清的问题，标准统一。

综上所述，本发明在发生电能质量问题时，谐波源精确定位到各用户，并准确计算出各用户谐波的含量及成分，公平的进行责任处罚，避免电能质量纠纷和谐波责任不清的问题，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明采用的配电接线图。

图2为本发明的电路原理框图。

图3为本发明用户侧谐波源定位方法的方法流程框图。

图4为本实施例配电网第1个用户侧馈线首端处a相观测电流的频谱图。

图5为本实施例配电网第2个用户侧馈线首端处a相观测电流的频谱图。

图6为本实施例配电网第3个用户侧馈线首端处a相观测电流的频谱图。

图7为本实施例配电网第4个用户侧馈线首端处a相观测电流的频谱图。

图8为本实施例配电网第5个用户侧馈线首端处a相观测电流的频谱图。

图9为图4的谐波电流波形图。

图10为图9的频谱图。

图11为图6的谐波电流波形图。

图12为图11的频谱图。

附图标记说明:

1—上级配电网；2—分布式电源；3—母线电压互感器一；

4—母线电压互感器二；5—母线电压互感器三；9—处理器；

10—馈线电流互感器组；11—存储器；

12—通信模块；13—显示器。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的基于集总功率的用户侧谐波源定位方法，包括以下步骤：

步骤一、采集配电网公共连接pcc点处电压信号以及用户馈线首端处的电流信号：采集配电网公共连接pcc点的a相电压upa(t)、b相电压upb(t)、c相电压upc(t)，通过馈线电流互感器组10分别采集配电网m个用户侧馈线首端处三相电流im.a(t)、im.b(t)、im.c(t)，其中，m和m均为正整数且m＝1,2，…，m；

本实施例中，步骤一中通过母线电压互感器一3采集配电网公共连接pcc点的a相电压upa(t)，通过母线电压互感器二4采集配电网公共连接pcc点的b相电压upb(t)，通过母线电压互感器三5采集配电网公共连接pcc点的c相电压upc(t)。

本实施例中，步骤一中馈线电流互感器组10的数量为m个。

本实施例中，所述处理器9上连接有存储器11和通信模块12，母线电压互感器一3的信号输出端、母线电压互感器二4的信号输出端、母线电压互感器三5的信号输出端和馈线电流互感器组10的信号输出端均与处理器9的信号输入端相接，显示器13的信号输入端与处理器9的信号输出端相接。

需要说明的是，本实施例中，m取5，通过母线电压互感器采集配电网公共连接pcc点的三相电压，同时通过馈线电流互感器组10分别采集配电网m个用户侧馈线首端处三相电流，获取相关数据简单快捷，投入成本低，每个馈线电流互感器组10均包括馈线电流互感器一、馈线电流互感器二和馈线电流互感器三，分别采集用户侧馈线首端处a相电流、b相电流和c相电流。

需要说明的是，配电网三相电压和用户侧馈线首端处三相电流均三相平衡对称，配电网三相电压各相电压幅值近似且相位相互之间相差相等，用户侧馈线首端处三相电流各相电流幅值近似且相位相互之间相差相等，本实施例中，以用户侧馈线首端处a相电流为例，母线电压互感器一3采集的pcc点的a相电压送入处理器9，m个馈线电流互感器组10分别采集各用户的a相电流送入处理器9。

步骤二、获取采集信号的谐波成分：处理器9采用傅里叶变换分别提取upa(t)、upb(t)和upc(t)的各个谐波分量的相量，得到和同时采用傅里叶变换分别提取im.a(t)、im.b(t)和im.c(t)的各个谐波分量的相量，得到和k为除基波外的谐波次数且k归为集合nk；

需要说明的是，由于在pcc点处，各用户谐波电流存在较强的耦合性，致使观测到的谐波电流大小及成分并不代表各用户发射的真实谐波水平，非谐波源用户所在的馈线也能观测到谐波，基波的频率为50hz，谐波频率为基波频率整数倍，如图4至图8所示，采用快速傅里叶变换对各用户侧馈线首端处的电流信号进行频谱分析，观测到各用户侧馈线首端处的a相电流除基波外的谐波次数分别为5,7,9,11。因此，本实施例中k取5,7,9,11，集合nk为{5,7,9,11}。

步骤三、计算用户侧馈线首端处各次谐波的集总功率和集总有功功率，过程如下：

步骤301、根据公式计算第m个用户侧馈线首端处y次谐波的集总功率其中，y∈nk，为的共轭，为的共轭，为的共轭；

步骤302、根据公式计算第m个用户侧馈线首端处y次谐波的集总有功功率

步骤303、多次循环步骤301至步骤302，获取集合nk内每个用户侧馈线首端处各次谐波的集总功率和集总有功功率；

需要说明的是，本实施例中，谐波电流在不同用户间存在较强的耦合性，由于线路阻抗的影响，谐波电流会流向配电网的各条线路，致使用户谐波责任无法准确区分，对每个用户侧馈线首端处各次谐波的集总有功功率进行计算得：

步骤四、定位用户侧谐波源及各谐波次数：通过对用户侧馈线首端处各次谐波进行筛选定位，当时，通过该对应的用户编号m定位用户谐波源位置，通过该对应的y次谐波确定谐波源成分，将含有谐波源的用户编号m用z表示，z归为集合nz，将y归为集合nl；当时，该对应的用户为非谐波源用户，将该对应的谐波次数y归为集合其中，

需要说明的是，本实施例中，对每个用户侧馈线首端处各次谐波的集总有功功率进行计算可知，第1个用户馈线首端处的7次谐波的集总有功功率进而定位出7次谐波由第1个用户产生；第3个用户馈线首端处的9次谐波的集总有功功率第3个用户馈线首端处的11次谐波的集总有功功率进而定位出9次谐波和11次谐波由第3个用户产生，表明7次谐波、9次谐波、11次谐波是由用户产生的，因此，本实施例中z取1、3，集合nz为{1,3}，本实施例中y取7、9、11，集合nl为{7,9,11}。

如图9和图10所示，第1个用户引入7次谐波电流，如图11和图12所示，第3个用户引入9次谐波电流和11次谐波电流。

需要说明的是，观测到各用户侧馈线首端处的a相电流除基波外的谐波次数分别为5,7,9,11。而由用户产生的谐波次数为分别为7,9,11。可知，5次谐波由电网系统侧产生。

步骤五、用户侧谐波电流的显示输出，过程如下：

步骤501、根据公式计算用户z处的集总等效电导为用户z处的y次谐波的集总电压有效值且为pcc点a相电压的y次谐波相量的有效值，为pcc点b相电压的y次谐波相量的有效值，为pcc点c相电压的y次谐波相量的有效值；

步骤502、根据公式计算用户z处的y次谐波等效电导其中，y∈nl；

步骤503、多次循环步骤502，获取用户z处集合nl内各次谐波的等效电导；

步骤504、根据公式分别计算用户z处a相谐波电流b相谐波电流和c相谐波电流

步骤505、多次循环步骤501至步骤504，获取集合nz内各个用户的三相谐波电流，并通过显示器13显示输出。

需要说明的是，对产生谐波的用户进行谐波电流计算，计算用户侧馈线首端处a相谐波电流得：

本实施例中，第1个用户侧馈线首端处a相谐波电流有效值i1.a.v＝9.7a，第3个用户侧馈线首端处a相谐波电流有效值不但可定位谐波用户，还可定量计算各个用户产生的谐波电流值，在电流这同一基准下，明确了所有用户的谐波责任，可推进电力市场化的“以质定价和谐波奖惩性方案”的实施，为降低电能损耗和谐波治理提供了科学依据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。