一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法与流程

本发明涉及电力系统谐波电压量测领域，具体是一种基于cvt频率响应特性的谐波电压相量重构方法。

背景技术：

1、随着大量新能源和高比例电力电子装备的应用，电力系统谐波污染问题日益严峻，呈现强随机性和时变性，易增大电力设备损耗、导致继电保护舞动、恶化电能质量和诱发宽频振荡等重大安全问题。为了确保设备正常安全以及保证电力系统的安全稳定运行，亟需开展精准的谐波量测和状态识别，明确谐波源的分布和状态，为电力系统谐波治理提供支撑。

2、电容式电压互感器(capacitive voltage transformer，cvt)广泛应用于35kv及以上电力系统并为计量、保护和控制装置提供按比例缩小的电压信号。受内部储能元件和非线性元件的影响，cvt只在工频正弦稳态的条件下准确度高，而在其他频率下，系统谐波分量会按不同比例衰减，abb研究证明其传输误差会随着频率的改变而表现出复杂的特性，从而导致量测结果出现较大误差。因此，国家标准gb/t14549《电能质量公用电网谐波》和iec 60044-5都明确规定：cvt不能用于谐波测量。可见，直接利用cvt获取的谐波频段的监测信号，会使电网的实际谐波含量无法真实、准确地反映，无法满足电力系统谐波监测和分析的要求，因此需对cvt量测所得的二次侧谐波电压信号进行重构，为电力系统的谐波治理等相关研究提供可靠数据源。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于cvt频率响应特性的谐波电压相量重构方法，包括以下步骤：

2、1)确定电力网络量测节点，并利用cvt采集量测节点初始电压时域数据u(t)；

3、2)对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据；

4、进一步，对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据的步骤包括：

5、2.1)对初始电压时域数据u(t)进行傅里叶变换，得到频域上的电压u(h)，即：

6、

7、式中，t为时间；h为频率；e-iht为复变函数；表示傅里叶变换操作；

8、2.2)对频域上的电压u(h)进行处理，得到初始电压频域数据。

9、所述初始电压频域数据包括初始电压幅值和相位，即：

10、vmh＝abs(u(h))   (2)

11、θmh＝angle(u(h))     (3)

12、式中，vmh为初始h次谐波电压幅值；θmh初始h次谐波电压相位。

13、3)计算用于表征cvt频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子；

14、计算用于表征cvt频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子的步骤包括：

15、3.1)计算cvt端口的归一化入射散射变量ak和归一化反射散射变量bk，即：

16、

17、式中，uk和ik分别表示端口电压和电流；zk为参考阻抗；端口序号k＝1或2；

18、3.2)开展cvt扫频试验，建立体现线性二端口网络端口特性的散射参数矩阵，即：

19、

20、其中，散射参数s11、散射参数s12、散射参数s21、散射参数s22分别如下所示：

21、

22、开展cvt扫频试验的设备包括矢量网络分析仪。

23、开展cvt扫频试验的步骤包括：

24、a)对矢量网络分析仪进行开路、短路、负载及传输特性校准；

25、b)将校准后的矢量网络分析仪测量端口1、端口2分别与cvt的高压侧相接、低压侧相接；

26、c)通过线性扫频获取谐波的频率点对应的散射参数。

27、3.3)建立cvt输入与输出端口电压关系，即：

28、

29、式中，f(s)为表征cvt一次电压和二次电压之间的线性关系的传递函数；

30、3.4)计算传递函数f(s)的逆函数g(jωh)，即：

31、

32、式中，u1(jωh)和u2(jωh)分别是信号发生器输出h次的信号时cvt的一次侧输入电压和二次侧输出电压；u1a(jωh)、u2a(jωh)、ωh、φ1p、φ2p为一次侧输入电压幅值、二次侧输出电压幅值、谐波角频率、一次侧输入电压相位、二次侧输出电压相位。

33、3.5)计算用于表征cvt频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子，即：

34、

35、式中，δh为相位角重构因子；rh为幅值重构因子；ω1为基波角频率。

36、4)利用幅值和相位重构因子修正初始电压频域数据，计算得到量测节点谐波电压相量。

37、计算量测节点谐波电压相量的步骤包括：

38、4.1)根据初始电压频域数据，对初始电压幅值和初始电压相位角进行修正，得到：

39、vth＝rh·vmh   (10)

40、θth＝θmh+δh   (11)

41、式中，θth为表示h次真实的电压相位角；vth为表示h次真实的电压幅值；δh为相位角重构因子；rh为幅值重构因子；vmh为初始h次谐波电压幅值；θmh初始h次谐波电压相位。

42、4.2)计算量测节点谐波电压相量，即：

43、

44、式中，为表示h次真实的节点电压相量。

45、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明针对cvt提出一种基于cvt频率响应特性的谐波电压相量重构方法，提高了量测谐波电压信号精度，克服了cvt不能用于谐波量测但同步相量测量装置pmu主要从cvt获得系统的谐波电压水平的矛盾，为pmu提供重构后的谐波相量，支撑电力系统谐波监管和治理。

技术特征：

1.一种基于cvt频率响应特性的谐波电压相量重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于cvt量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于cvt量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，所述初始电压频域数据包括初始电压幅值和相位，即：

4.根据权利要求1所述的一种基于cvt量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，计算用于表征cvt频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于cvt量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，开展cvt扫频试验的设备包括矢量网络分析仪。

6.根据权利要求5所述的一种基于cvt量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，开展cvt扫频试验的步骤包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于cvt量测数据的谐波电压相量重构与谐波状态估计方法，其特征在于，计算量测节点谐波电压相量的步骤包括：

技术总结
本发明公开一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，包括以下步骤：1)确定电力网络量测节点，并利用CVT采集量测节点初始电压时域数据u(t)；2)对初始电压时域数据u(t)进行处理，转换得到初始电压频域数据；3)计算用于表征CVT频率响应特性的幅值重构因子和相位重构因子；4)利用幅值和相位重构因子修正初始电压频域数据，计算得到量测节点谐波电压相量。本发明针对CVT提出一种基于CVT频率响应特性的谐波电压相量重构方法，提高了量测谐波电压信号精度，克服了CVT不能用于谐波量测但同步相量测量装置PMU主要从CVT获得系统的谐波电压水平的矛盾，为PMU提供重构后的谐波相量，支撑电力系统谐波监管和治理。

技术研发人员：郭树永,杨鸣,江海,贺尧,刘伟,隆世锋,余定纯,司马文霞,袁涛,孙魄韬,刘佳妮
受保护的技术使用者：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12