专利名称：基于100kHz频率的动态电能质量指标计算方法
技术领域：
本发明涉及一种电力供电系统中进行电压波动过程中的动态电能质 量分析方法，特别是涉及一种基于100kHz频率的动态电能质量指标计算 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(sag)和电压暂升(swell),以及短时中断(interruption)等。目前，动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电能质量水平，电力 公司需要对电气操作、电网故障等可能产生的动态电压波动情况进行分析
评价，作为在电网规划、运行、检修、技改过程中制定电能质量改进措施 的依据，也作为用电客户制定提高动态电能质量兼容性措施的依据。传统的动态电压质量指标测试多以全周波有效值算法、半周波有效值算法等实现，其时间分辨率为10ms以上。而电力系统电气操作、电网故 障产生的电压波动在一个周波至几个周波时间段内；显然现有的算法其时 间分辨率不能满足应用的要求。近年来有基于采样点的分析方法，还有多种方式的小波分析方法，主 要用于动态电压补偿目的的电压暂降、暂升或者短时中断的预测，分析精 度差。因此，已有的动态电压质量指标分析方法不能满足分析评价电力系统 电气操作、电网故障等过程中电压动态波动的特征指标的要求，也不能满 足电力系统运行评价及用户电压容许度分析等多种动态电能厲量分析的 应用要求。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种基于100kHz频率的动态电能质 量指标计算方法，能够用于分析评价电力系统电气操作、电网故障等过程 中电压动态波动的特征指标，满足电力系统运行评价及用户电压容许度分 析等多种动态电能质量分析的应用要求。为解决上述问题，本发明的基于100kHz频率的动态电能质量指标计 算方法，采用滚动矩形数据窗，计算电力系统供电中的动态电能质量指标 电压暂升、电压暂降以及短时中断；包括如下步骤步骤一、利用lOOkHz高采样频率录波器记录供电母线电压受电气操
作、电网故障过程中的电压变化波形；步骤二、基于等频率采样，采用100kHz滚动数据窗按如下公式进行计算电压暂升(有名值)、电压暂降(有名值)其中，N为每周波采样点数，N等于2000;在计算过程中边界条件如 下近似取电压波动前的平均电压作为滑压参考值；电压波动对于电网频 率的影响忽略不计；步骤三、在电网频率范围49. 98Hz 50. 02Hz的区间内，以100kHz恒 频率采样进行分析，每周波采样点范围为1999.2 2000.8;在一个采样点 的偏差情况下，有效值计算误差为-步骤四、以相邻采样点的时间间隔进行电压滚动计算，描出电压波动 过程中的电压标么值一时间变化曲线，其中电压标么值的最小值为电压暂降幅值(标么值)，当该电压暂降幅值 (标么值)小于0. lp. u时为短时中断，电压标么值的最大值为电压暂升 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。采用本发明的方法，由恒定宽度为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。而且，采用本发明的方法计算的动态电压指标，其时间分辨率达到 10us，完全可以用于分析评价电力系统电气操作、故障等过程中电压动 态波动的特征指标，满足电力系统运行评价及用户电压容许度分析等各种=(V^)2 / CZ^ / 2000 = 0.1%电压标么值=电压滚动计算有效值/滑压参考值
动态电能质量分析应用要求。
具体实施方式
本发明是一种针对电力系统供电中涉及的动态电压波动特点，基于100kHz高频录波与时域波形分析相结合的动态电能质量指标计算方法。 该方法通过100kHz固定频率的录波技术，采用滚动矩形数据窗，计算电 力系统供电中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),用于进行电压波动过程中的动态电能质 量分析。下面具体说明本发明的方法分析计算过程利用lOOkHz高采样频率录波器记录供电母线电压受电气操作、电网 故障等过程中的电压变化波形。依据国际标准[IEC61000-4-30 (2003) Testing and Measurement Techniques Power Quality Measurement Methods]关于动态电會g质量指 标电压暂升、电压暂降以及短时中断的定义，电压暂升/暂降(有名值) 的算法如下U面(1/2)丄N+NZupN j=0， 1， 2.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可知，电压波动往往在不足一个周波或几个周波内完成，采用上述国际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。为了解决这个问题，本发明的方法在上述国际标准定义算法的基础上，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)。即:<formula>formula see original document page 7</formula>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。在正常情况下电网频率控制范围不会超出49.98Hz 50.02Hz的区 间。在这个区间内以lOOkHz恒频率采样进行分析，每周波采样点范围为 1999. 2 2000. 8;即不超过一个采样点的偏差。在一个采样点的偏差情况 下，电压有效值计算误差为即采用恒定宽度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。以相邻采样点的时间间隔进行电压滚动计算，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)，当该电压暂降幅值 (标么值)小于0. lp. U时为短时中断，电压标么值的最大值为电压暂升 幅值(标么值)，超过电压暂降(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)。
权利要求
1、一种基于100kHz频率的动态电能质量指标计算方法，其特征在于采用滚动矩形数据窗，计算电力系统供电中的动态电能质量指标电压暂升、电压暂降以及短时中断；包括如下步骤步骤一、利用100kHz高采样频率录波器记录供电母线电压受电气操作、电网故障过程中的电压变化波形；步骤二、基于等频率采样，采用100kHz滚动数据窗按如下公式进行计算电压暂升的有名值、电压暂降的有名值 i＝0，1，2……其中，N为每周波采样点数，N等于2000；在计算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；电压波动对于电网频率的影响忽略不计；步骤三、在电网频率范围49.98Hz～50.02Hz的区间内，以100kHz恒频率采样进行分析，每周波采样点范围为1999.2～2000.8；在一个采样点的偏差情况下，有效值计算误差为步骤四、以相邻采样点的时间间隔进行电压滚动计算，画出电压波动过程中的电压标么值—时间变化曲线，其中 电压标么值＝电压滚动计算有效值/滑压参考值电压标么值的最小值为电压暂降幅值的标么值，当该电压暂降幅值的标么值小于0.1p.u时为短时中断，电压标么值的最大值为电压暂升幅值的标么值，超过电压暂降或暂升阈值的时间差为持续时间。
全文摘要
本发明公开了一种针对电力系统供电中涉及的动态电压波动特点，基于100kHz高频录波与时域波形分析相结合的动态电能质量指标计算方法。该方法通过100kHz固定频率的录波技术，采用滚动矩形数据窗，计算电力系统供电中的动态电能质量指标电压暂升、电压暂降以及短时中断。采用本发明的方法计算的动态电压指标，其时间分辨率达到10μs。可以用于分析评价电力系统电气操作、故障等过程中电压动态波动的特征指标，满足电力系统运行评价及用户电压容许度分析等各种动态电能质量分析应用要求。
文档编号G01R23/16GK101398452SQ20071009412
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