本發(fā)明屬于主導(dǎo)諧波源追蹤方法設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合日常電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的主導(dǎo)諧波源追蹤方法。

背景技術(shù)：

大量的制造加工業(yè)在吸收電網(wǎng)基波有功功率的同時(shí)會(huì)將部分有功功率轉(zhuǎn)換成諧波功率并向電網(wǎng)倒送，倒送的諧波電能會(huì)給電網(wǎng)和電力用戶帶來(lái)危害，從而引發(fā)諧波爭(zhēng)端。而解決爭(zhēng)端的首要任務(wù)是如何正確識(shí)別主導(dǎo)諧波源。在實(shí)際工程應(yīng)用中，有功功率方向法是識(shí)別主導(dǎo)諧波源的一種常用方法，但是已有文獻(xiàn)從理論上證明了有功功率方向法不一定是正確的，即有功功率方向?yàn)檎灰欢軌蛲瞥鲋鲗?dǎo)諧波源在系統(tǒng)側(cè)。為了得到理論上完全正確的方法，相關(guān)學(xué)者提出了阻抗法。阻抗法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)算等效的諧波阻抗，傳統(tǒng)計(jì)算等效諧波阻抗的方法易受背景諧波的影響，導(dǎo)致求得的阻抗不太具有參考意義，從而導(dǎo)致主導(dǎo)諧波源誤判。此外，傳統(tǒng)阻抗法還需要已知諧波電壓和諧波電流相角信息，但是目前的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是不提供諧波電壓和諧波電流相角信息的。因此，為了在目前的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)諧波爭(zhēng)端的有效解決，有必要提出一種適合日常電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的主導(dǎo)諧波源追蹤方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的主導(dǎo)諧波源追蹤方法的不足，本發(fā)明提出了一種適合日常電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的主導(dǎo)諧波源追蹤方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1：測(cè)繪的有功功率曲線中，如果大部分情況下有功功率大于零，則預(yù)估系統(tǒng)側(cè)為主導(dǎo)諧波源，反之預(yù)估用戶側(cè)為主導(dǎo)諧波源；

步驟2：根據(jù)步驟1做出的初步的主導(dǎo)諧波源假設(shè)，利用測(cè)得的功率因數(shù)，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的有功功率和無(wú)功功率正負(fù)情況，推算諧波電壓超前諧波電流的相角差；

步驟3：校正預(yù)估假設(shè)。根據(jù)雙主導(dǎo)波動(dòng)篩選規(guī)則選擇諧波測(cè)量數(shù)據(jù)。針對(duì)篩選得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算諧波電壓差與諧波電流差的商，用于近似等效諧波阻抗。將計(jì)算得到的等效諧波阻抗與預(yù)估的諧波阻抗特征相比較，驗(yàn)證假設(shè)的正確性，最終確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)處主導(dǎo)諧波源。

步驟2中，若預(yù)估系統(tǒng)側(cè)為主導(dǎo)諧波源，則諧波電壓和諧波電流的參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向，記P為有功功率，Q為無(wú)功功率，為功率因數(shù)角，諧波電壓超前諧波電流的相角差如下推算：

當(dāng)P>0且Q>0時(shí)，有取功率因數(shù)絕對(duì)值的反余弦；當(dāng)P>0且Q<0時(shí)，有功率因數(shù)絕對(duì)值反余弦結(jié)果取負(fù)；當(dāng)P<0且Q>0時(shí)，有180°減去功率因數(shù)絕對(duì)值反余弦；當(dāng)P<0且Q<0時(shí)，有功率因數(shù)絕對(duì)值反余弦減去180°。

若預(yù)估用戶側(cè)為主導(dǎo)諧波源，則諧波電壓和諧波電流的參考方向?yàn)榉顷P(guān)聯(lián)參考方向，諧波電壓超前諧波電流的相角差如下推算：

當(dāng)P<0且Q<0時(shí)，有取功率因數(shù)絕對(duì)值的反余弦；當(dāng)P<0且Q>0時(shí)，有功率因數(shù)絕對(duì)值反余弦結(jié)果取負(fù)；當(dāng)P>0且Q<0時(shí)，有180°減去功率因數(shù)絕對(duì)值反余弦；當(dāng)P>0且Q>0時(shí)，有功率因數(shù)絕對(duì)值反余弦減去180°。

步驟3中，根據(jù)雙主導(dǎo)波動(dòng)篩選規(guī)則為：

其中，μ_△U和σ_△U為諧波電壓差△U的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，μ_△I和σ_△I為諧波電流差△I的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，α₁和α₂分別為△U和△I奈爾系數(shù)，取值為1～1.5。

用于計(jì)算等效諧波阻抗的公式為：

其中U_h(i)、I_h(i)和α(i)分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)處第i組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的諧波電壓、諧波電流以及功率因數(shù)角；U_h(i+1)、I_h(i+1)和α(i+1)分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)處第i+1組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的諧波電壓、諧波電流以及功率因數(shù)角，Z_eq即為監(jiān)測(cè)點(diǎn)處等效諧波阻抗。

將計(jì)算得到的等效諧波阻抗與預(yù)估的諧波阻抗特征相比較，驗(yàn)證假設(shè)的正確性。

本發(fā)明的有益效果是，適用于適合日常電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的追蹤方法可以在現(xiàn)有的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)理論上準(zhǔn)確無(wú)誤地追蹤主導(dǎo)諧波源，這對(duì)進(jìn)一步解決諧波爭(zhēng)端問(wèn)題、提高電能質(zhì)量管理水平具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1是電網(wǎng)PCC處端口諧波等效模型；

圖2是實(shí)施例測(cè)試系統(tǒng)的主接線示意圖；

圖3是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處5次諧波電壓有效值曲線；

圖4是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處5次諧波電流有效值曲線；

圖5是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處5次諧波有功功率曲線；

圖6是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處5次諧波無(wú)功功率曲線；

圖7是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處5次諧波功率因數(shù)曲線；

圖8是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處5次諧波電壓超前諧波電流的角度變化曲線；

圖9是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處傳統(tǒng)阻抗法實(shí)部計(jì)算結(jié)果曲線；

圖10是實(shí)施例監(jiān)測(cè)點(diǎn)處傳統(tǒng)阻抗法虛部計(jì)算結(jié)果曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

測(cè)試點(diǎn)選擇在云南省某市鋼鐵廠專線的并網(wǎng)點(diǎn)，如圖2所示。變電站電壓等級(jí)為220kV變電站，并網(wǎng)點(diǎn)為變電站110kV側(cè)。采樣頻率10.24kHz，3秒記錄一個(gè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示5次諧波比較嚴(yán)重。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鋼鐵廠是典型的諧波源，在測(cè)試點(diǎn)兩側(cè)比較容易成為主導(dǎo)諧波源，但是后面的分析可以發(fā)現(xiàn)即使是典型的諧波源也不一定是主導(dǎo)諧波源。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果如圖3-圖7所示。采用功率預(yù)估與阻抗校正方法判斷主導(dǎo)諧波源位置：

步驟1：根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處有功功率曲線預(yù)估主導(dǎo)諧波源假設(shè)。有功功率曲線如圖5所示，大部分監(jiān)測(cè)得到的有功功率都大于零，因此預(yù)估系統(tǒng)側(cè)為主導(dǎo)諧波源。

步驟2：推算相角差。相角差的推算屬于系統(tǒng)側(cè)為主導(dǎo)諧波源的情況，從圖6可以看出所有的無(wú)功功率都大于零，根據(jù)圖5可知有些時(shí)段有功功率大于零，有些時(shí)段有功功率小于零。當(dāng)有功功率大于零時(shí)，諧波電壓超前諧波電流的角度取功率因數(shù)絕對(duì)值的反余弦；當(dāng)有功功率小于零時(shí)，相角差為180°減去功率因數(shù)絕對(duì)值的反余弦。結(jié)果如圖8所示。

步驟3：校正預(yù)估假設(shè)。在有功功率大于零的區(qū)間段，根據(jù)雙主導(dǎo)波動(dòng)篩選規(guī)則得到兩組用于阻抗計(jì)算的諧波數(shù)據(jù)，分別如表1和表2所示。

表1篩選的用于阻抗計(jì)算的第1組數(shù)據(jù)(P>0)

表2篩選的用于阻抗計(jì)算的第2組數(shù)據(jù)(P>0)

在有功功率小于零的區(qū)間段，根據(jù)雙主導(dǎo)波動(dòng)篩選規(guī)則得到一組用于阻抗計(jì)算的諧波數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3篩選的用于阻抗計(jì)算的數(shù)據(jù)(P<0)

針對(duì)表1-表3的數(shù)據(jù)，計(jì)算等效諧波阻抗，結(jié)果如表4所示：

表4諧波阻抗計(jì)算結(jié)果

可以看出，諧波阻抗的實(shí)部較大，幅值也較大，并且數(shù)值不穩(wěn)定，因此等效諧波阻抗具備用戶側(cè)諧波阻抗的特征，所以端口網(wǎng)絡(luò)等效了用戶側(cè)電路，主導(dǎo)諧波源在系統(tǒng)側(cè)，原功率預(yù)估法給出的系統(tǒng)側(cè)為主導(dǎo)諧波源的假設(shè)是正確的。

如果采用有功功率法，如圖5所示，在諧波有功功率大于零的時(shí)段，系統(tǒng)側(cè)為主導(dǎo)諧波源；在諧波有功功率小于零的時(shí)段，用戶側(cè)為主導(dǎo)諧波源。但是從上述描述中可以看出當(dāng)諧波有功功率小于零時(shí)，阻抗校正發(fā)現(xiàn)端口網(wǎng)絡(luò)仍然是用戶側(cè)的等效，系統(tǒng)側(cè)仍然是主導(dǎo)諧波源，也即有功功率法發(fā)生了誤判。

如果采用傳統(tǒng)阻抗法，阻抗計(jì)算結(jié)果的實(shí)部和虛部分別如圖9和圖10所示。觀察圖9，對(duì)應(yīng)于有功功率大于零的時(shí)段，傳統(tǒng)阻抗法得到的實(shí)部大于零并且數(shù)值較大，體現(xiàn)了用戶側(cè)諧波阻抗的特征，因此系統(tǒng)側(cè)是主導(dǎo)諧波源；對(duì)應(yīng)于有功功率小于零的時(shí)段，計(jì)算得到的實(shí)部小于零，根據(jù)傳統(tǒng)阻抗法推知用戶側(cè)為主導(dǎo)諧波源，因此傳統(tǒng)阻抗法也發(fā)生了誤判。誤判的根本原因是傳統(tǒng)阻抗法得到的等效諧波阻抗不準(zhǔn)確。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。