电网暂态故障下的振荡功率获取方法和装置与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电网暂态故障下的振荡功率获取方法及装置。

背景技术：

随着新能源发电、半导体新材料以及控制技术的快速发展，电力电子变流器在电力系统的电源侧、输电网络以及负荷侧的渗透率越来越高。而电力系统中电力电子设备及其容量的不断增加，导致电力系统呈现出明显的电力电子化趋势，这种趋势使得电力系统出现了与电力电子设备相关的系统振荡问题。

目前对于振荡机理的研究主要停留在装备特性的研究上，振荡形式主要考虑的是电力电子装置内部的振荡、电力电子装置与系统间的振荡、多变换器并联运行时变换器之间的振荡以及电力电子装置与电机之间的次/超同步振荡，没有考虑装备与网络(即线路)之间动态特性。

然而，电力电子装备受到扰动时，装备内电势的幅值频率随装备输入输出功率不平衡而变化，内电势幅值频率变化通过网络又会反过来影响装备的输入输出功率不平衡。因此，把装备电压激励下的网络动态特性纳入振荡机理分析体系中进行研究是十分必要的，如何能够获取电网暂态故障下的振荡功率是一个亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供了一种电网暂态故障下的振荡功率获取方法及装置，旨在解决上述所提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电网暂态故障下的振荡功率获取方法，在电力电子装备出现电网暂态故障时，执行以下步骤方法：

测量网络电感支路的电感电压，将所述电感电压进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电压参数；

测量所述网络电感支路中流经电感的电流，将所述电流进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电流参数；

根据所述电感电压、所述电流、所述希尔伯特变换电压参数、以及所述希尔伯特变换电流参数计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻；

根据所述电感电压和所述电流计算所述网络电感支路的瞬时功率；

从所述瞬时功率中提取与所述瞬时电阻相关的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率作为振荡功率。

优选地，所述测量网络电感支路的电感电压，将所述电感电压进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电压参数的步骤，包括：

预先设置与网络电感支路的电感电压相关的解析信号，通过以下公式对所述电感电压u(t)进行表征：

u(t)＝au(t)∫ωu(t)

其中，au(t)是所述电感电压u(t)的瞬时幅值，ωu(t)是所述电感电压u(t)的瞬时角频率，au(t)与ωu(t)均随时间变化，通过以下公式对所述电感电压u(t)相关的解析信号uc(t)进行表示：

uc(t)＝u(t)+juht(t)

其中，j表示虚拟符号，uht(t)表示所述电感电压u(t)经希尔伯特变换之后得到希尔伯特变换电压参数；

相应地，所述测量所述网络电感支路中流经电感的电流，将所述电流进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电流参数的步骤，包括：

预先设置与所述网络电感支路中电流i(t)的相关的解析信号，通过以下公式对所述电流i(t)进行表征：

i(t)＝ai(t)∫ωi(t)

其中，ai(t)是所述电流i(t)的瞬时幅值，ωi(t)是所述电流i(t)的瞬时角频率，ai(t)与ωi(t)均随时间变化，通过以下公式对所述电流i(t)相关的解析信号ic(t)进行表示：

ic(t)＝i(t)+jiht(t)

其中，j表示虚拟符号，iht(t)是所述电流i(t)经希尔伯特变换之后得到的希尔伯特变换电流参数iht(t)。

优选地，通过以下公式计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻r(t)：

其中，r(t)表示根据所述电感电压u(t)、所述电流i(t)、所述希尔伯特变换电压参数uht(t)、以及所述希尔伯特变换电流参数iht(t)计算得到的所述网络电感支路的瞬时电阻。

优选地，通过以下公式计算所述网络电感支路的瞬时功率；

p(t)＝u(t)i(t)＝pr(t)+px(t)

其中，pr(t)表示所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率，px(t)表示所述网络电感支路的瞬时电抗消耗的功率。

优选地，所述从所述瞬时功率中提取与所述瞬时电阻r(t)相关的瞬时电阻消耗的功率的步骤，包括：

通过以下公式计算所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率：

pr(t)＝r(t)i²(t)

其中，pr(t)表示所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电网暂态故障下的振荡功率获取装置，所述装置包括：

电压处理模块，用于测量网络电感支路的电感电压，将所述电感电压进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电压参数；

电流处理模块，用于测量所述网络电感支路中流经电感的电流，将所述电流进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电流参数；

瞬时电阻计算模块，用于根据所述电感电压、所述电流、所述希尔伯特变换电压参数、以及所述希尔伯特变换电流参数计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻；

功率计算模块，用于根据所述电感电压和所述电流计算所述网络电感支路的瞬时功率；

振荡功率获取模块，用于从所述瞬时功率中提取与所述瞬时电阻相关的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率作为振荡功率。

本发明的有益效果在于：在电力电子装备出现电网暂态故障时，本方法首先测量网络电感支路的电感电压和电流，分别对电感电压和电流进行希尔伯特变换；然后根据电感电压、电流、希尔伯特变换电压参数、及希尔伯特变换电流参数来计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻；并计算网络电感支路的瞬时功率；从所述瞬时功率中提取与瞬时电阻相关的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率作为振荡功率。本发明能够有助于解决电力电子装备内电势的幅值频率随装备输入输出功率不平衡而变化，以及内电势幅值频率变化通过网络又会反过来影响装备的输入输出功率不平衡的现有技术中存在缺陷。

附图说明

图1为本发明电网暂态故障下的振荡功率获取方法的流程示意图；

图2为本发明电网暂态故障下的振荡功率获取方法实施例的流程示意图；

图3本发明电网暂态故障下的振荡功率获取装置实施例的功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

此处描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可理解的是，电力系统发生振荡时，作用在网络上的激励本质上是幅值、频率均随时间变化的电压信号，而流过网络的电流也为幅值、频率均为时间变化的信号，那么网络上消耗的功率自然包含了系统发生振荡的内在缘由，通过提取其中的振荡功率对于电力电子化电力系统的振荡机理研究具有极其重大的意义。

参照图1和图2，本发明第一实施例提供了一种电网暂态故障下的振荡功率获取方法，在电力电子装备出现电网暂态故障时，执行以下所述电网暂态故障下的振荡功率的获取方法：

步骤s10:测量网络电感支路的电感电压u(t)，将所述电感电压u(t)进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电压参数uht(t)；

具体地，步骤s10的实现具体包括：

预先设置与网络电感支路的电感电压u(t)相关的解析信号，电感电压u(t)其本质为时变幅频信号，通过公式1对所述电感电压u(t)进行表征：

u(t)＝au(t)∫ωu(t)(公式1)

其中，au(t)是所述电感电压u(t)的瞬时幅值，ωu(t)是所述电感电压u(t)的瞬时角频率，au(t)与ωu(t)均随时间变化，通过公式2对所述电感电压u(t)相关的解析信号uc(t)进行表示：

uc(t)＝u(t)+juht(t)(公式2)

其中，j表示虚拟符号，uht(t)表示所述电感电压u(t)经希尔伯特变换之后得到希尔伯特变换电压参数。

步骤s20:测量所述网络电感支路中流经电感的电流i(t)，将所述电流i(t)进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电流参数iht(t)；

具体地，步骤s20的实现具体包括：

预先设置与所述网络电感支路中电流i(t)的相关的解析信号，流经电感的电流i(t)其本质为时变幅频信号；通过公式(3)对所述电流i(t)进行表征：

i(t)＝ai(t)∫ωi(t)(公式3)

其中，ai(t)是所述电流i(t)的瞬时幅值，ωi(t)是所述电流i(t)的瞬时角频率，ai(t)与ωi(t)均随时间变化，通过公式4对所述电流i(t)相关的解析信号ic(t)进行表示：

ic(t)＝i(t)+jiht(t)(公式4)

其中，j表示虚拟符号，iht(t)是所述电流i(t)经希尔伯特变换之后得到的希尔伯特变换电流参数iht(t)。

步骤s30:根据所述电感电压u(t)、所述电流i(t)、所述希尔伯特变换电压参数uht(t)、以及所述希尔伯特变换电流参数iht(t)计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻r(t)；

在具体实现中，通过以下公式5计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻r(t)：

其中，r(t)是电感支路在时变幅频信号激励下的瞬时电阻。

步骤s40:根据所述电感电压u(t)和所述电流i(t)计算所述网络电感支路的瞬时功率；

在具体实现中，通过以下公式6计算所述网络电感支路的瞬时功率；

p(t)＝u(t)i(t)＝pr(t)+px(t)(公式6)；

其中，pr(t)表示所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率，px(t)表示所述网络电感支路的瞬时电抗消耗的功率。

步骤s50:从所述瞬时功率中提取与所述瞬时电阻r(t)相关的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率作为振荡功率；

在具体实现中，通过以下公式7直接计算所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率pr(t)作为振荡功率：

pr(t)＝r(t)i²(t)(公式7)

此外，通过以下公式8也可以计算所述网络电感支路表征出的瞬时电抗x(t)：

其中，x(t)表示根据所述电感电压u(t)、所述电流i(t)、所述希尔伯特变换电压参数uht(t)、以及所述希尔伯特变换电流参数iht(t)计算得到的所述网络电感支路表征出的瞬时电抗；然后根据所述电流i(t)和所述瞬时电抗x(t)计算所述网络电感支路的瞬时电抗消耗的功率px(t)。

本实施例的有益效果是：本实施例把电力电子装备电压激励下的网络动态特性纳入振荡机理分析体系中进行研究，这是目前电力电子化电力系统振荡机理研究中没有涉及的。通过希尔伯特变换定义与网络电感支路电压、电流相关的解析信号来计算电感支路所表征出来的瞬时电阻，提取网络所消耗功率中瞬时电阻所占的部分即可得到振荡功率，该振荡功率获取方法对于研究考虑网络动态特性时电力电子化电力系统振荡机理的形成意义重大，该发明具有较好的发展潜力和推广空间。能够有助于解决电力电子装备内电势的幅值频率随装备输入输出功率不平衡而变化，以及内电势幅值频率变化通过网络又会反过来影响装备的输入输出功率不平衡的现有技术中存在缺陷。

参照图3，本发明第一实施例提供了一种电网暂态故障下的振荡功率获取装置，所述装置可以是一种实体装置，该实体装置用于对电力电子装备进行计算量测；所述装置可以是一种程序，该程序植入电力电子装备，在电力电子装备出现电网暂态故障时，电网暂态故障下的振荡功率获取装置会进行相应的工作；具体地，所述装置包括：

电压处理模块10，用于测量网络电感支路的电感电压u(t)，将所述电感电压u(t)进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电压参数uht(t)；

具体地，电压处理模块10的实现具体包括：

通过人工预先设置与网络电感支路的电感电压u(t)相关的解析信号，电感电压u(t)其本质为时变幅频信号，通过公式1对所述电感电压u(t)进行表征：

u(t)＝au(t)∫ωu(t)(公式1)

其中，au(t)是所述电感电压u(t)的瞬时幅值，ωu(t)是所述电感电压u(t)的瞬时角频率，au(t)与ωu(t)均随时间变化，通过公式2对所述电感电压u(t)相关的解析信号uc(t)进行表示：

uc(t)＝u(t)+juht(t)(公式2)

其中，j表示虚拟符号，uht(t)表示所述电感电压u(t)经希尔伯特变换之后得到希尔伯特变换电压参数。

电流处理模块20，用于测量所述网络电感支路中流经电感的电流i(t)，将所述电流i(t)进行希尔伯特变换得到希尔伯特变换电流参数iht(t)；

具体地，电流处理模块20的实现具体包括：

通过人工预先设置与所述网络电感支路中电流i(t)的相关的解析信号，流经电感的电流i(t)其本质为时变幅频信号；通过公式(3)对所述电流i(t)进行表征：

i(t)＝ai(t)∫ωi(t)(公式3)

其中，ai(t)是所述电流i(t)的瞬时幅值，ωi(t)是所述电流i(t)的瞬时角频率，ai(t)与ωi(t)均随时间变化，通过公式4对所述电流i(t)相关的解析信号ic(t)进行表示：

ic(t)＝i(t)+jiht(t)(公式4)

其中，j表示虚拟符号，iht(t)是所述电流i(t)经希尔伯特变换之后得到的希尔伯特变换电流参数iht(t)。

瞬时电阻计算模块30，用于根据所述电感电压u(t)、所述电流i(t)、所述希尔伯特变换电压参数uht(t)、以及所述希尔伯特变换电流参数iht(t)计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻r(t)；

在具体实现中，通过以下公式5计算所述网络电感支路表征出的瞬时电阻r(t)：

其中，r(t)是电感支路在时变幅频信号激励下的瞬时电阻。

功率计算模块40，用于根据所述电感电压u(t)和所述电流i(t)计算所述网络电感支路的瞬时功率；

在具体实现中，通过以下公式6计算所述网络电感支路的瞬时功率；

p(t)＝u(t)i(t)＝pr(t)+px(t)(公式6)；

其中，pr(t)表示所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率，px(t)表示所述网络电感支路的瞬时电抗消耗的功率。

振荡功率获取模块50，用于从所述瞬时功率中提取与所述瞬时电阻r(t)相关的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率作为振荡功率；

在具体实现中，通过以下公式7直接计算所述网络电感支路的瞬时电阻消耗的功率，将所述瞬时电阻消耗的功率pr(t)作为振荡功率：

pr(t)＝r(t)i²(t)(公式7)

本实施例的有益效果是：本实施例把电力电子装备电压激励下的网络动态特性纳入振荡机理分析体系中进行研究，这是目前电力电子化电力系统振荡机理研究中没有涉及的。通过希尔伯特变换定义与网络电感支路电压、电流相关的解析信号来计算电感支路所表征出来的瞬时电阻，提取网络所消耗功率中瞬时电阻所占的部分即可得到振荡功率，该振荡功率的获取装置对于研究考虑网络动态特性时电力电子化电力系统振荡机理的形成意义重大，该装置具有较好的发展潜力和推广空间。能够有助于解决电力电子装备内电势的幅值频率随装备输入输出功率不平衡而变化，以及内电势幅值频率变化通过网络又会反过来影响装备的输入输出功率不平衡的现有技术中存在缺陷。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。