一种基于扰动功率方向的电压暂降源定位方法

摘要

一种基于扰动功率方向的电压暂降源定位方法，属于电网电压暂降源定位的自动监测方法。该方法依据线性电路的叠加原理，得到电网故障过程中在扰动电压的作用下，用扰动有功功率流的方向准确定位电压暂降源；扰动有功功率为正时，扰动源在监测点的上游；扰动有功功率为负时，扰动源在监测点的下游；给出了相应扰动功率的算法。该电压暂降源定位方法能确定性地定位由各种电网故障引起的电压暂降，适用于辐射式、环式、单回路、双回路、单电源和多电源网架结构电网，也适用于电容投切、变压器投切、大电机启动扰动引起的电压暂降源定位；该电压暂降源定位方法需要对监测点的电压和电流进行同步采样。

主权项

一种基于扰动功率方向的电压暂降源定位方法，其特征是：依据线性电路的叠加原理，得到电网故障过程中在扰动电压的作用下，用扰动有功功率流的方向准确定位电压暂降源；扰动有功功率为正时，扰动源在监测点的上游；扰动有功功率为负时，扰动源在监测点的下游；具体步骤如下：步骤a.设锁相环，电网正常运行时，即电压暂降发生前，在监测点对三相电压和电流分别以每基波周期同步采样N个点得：u_ami(n)、u_bmi(n)、u_cmi(n)和i_ami(n)、i_bmi(n)、i_cmi(n)；对中性点有效接地电网，由式(1)计算各相对地电压的均方根值；对中性点非有效接地电网，由式(2)计算各相对电网中性点电压的均方根值；当任何一相电压的均方根值小于90％的额定相电压时，电压暂降扰动发生；$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{ami}}=\sqrt{\frac{1}{N}{\Sigma }_{n=0}^{N-1}{\left[u_{\mathrm{ami}}\left(n\right)\right]}^2}\\ U_{\mathrm{bmi}}=\sqrt{\frac{1}{N}{\Sigma }_{n=0}^{N-1}{\left[u_{\mathrm{bmi}}\left(n\right)\right]}^2}\\ U_{\mathrm{cmi}}=\sqrt{\frac{1}{N}{\Sigma }_{n=0}^{N-1}{\left[u_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)\right]}^2}\end{array}\right.---\left(1\right)$$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{ami}}=\sqrt{\frac{1}{N}{\Sigma }_{n=0}^{N-1}{[u_{\mathrm{ami}}\left(n\right)-u_{\mathrm{mi}}^0\left(n\right)]}^2}\\ U_{\mathrm{bmi}}=\sqrt{\frac{1}{N}{\Sigma }_{n=0}^{N-1}{[u_{\mathrm{bmi}}\left(n\right)-u_{\mathrm{mi}}^0\left(n\right)]}^2}\\ U_{\mathrm{cmi}}=\sqrt{\frac{1}{N}{\Sigma }_{n=0}^{N-1}{[u_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)-u_{\mathrm{mi}}^0\left(n\right)]}^2}\end{array}\right.---\left(2\right)$式中，U_ami，U_bmi，U_cmi分别是监测点mi测得的三相电压u_ami(n)、u_bmi(n)、u_cmi(n)的均方根值，$u_{\mathrm{mi}}^0\left(n\right)=[u_{\mathrm{ami}}\left(n\right)+u_{\mathrm{bmi}}\left(n\right)+u_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)]/3$是电网的零序电压；电压暂降发生后，向前推K·N个采样点，取电压暂降扰动前三相电压电流采样值：u_apmi(n‑KN)、u_bpmi(n‑KN)、u_cpmi(n‑KN)和i_apmi(n‑KN)、i_bpmi(n‑KN)、i_cpmi(n‑KN)，并继续采样扰动期间的三相电压、电流得：u_admi(n)、u_bdmi(n)、u_cdmi(n)和i_admi(n)、i_bdmi(n)、i_cdmi(n)，求得扰动电压和电流：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{ami}}\left(n\right)=u_{\mathrm{admi}}\left(n\right)-u_{\mathrm{apmi}}(n-\mathrm{KN})\\ \Delta u_{\mathrm{bmi}}\left(n\right)=u_{\mathrm{bdmi}}\left(n\right)-u_{\mathrm{bpmi}}(n-\mathrm{KN})\\ \Delta u_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)=u_{\mathrm{cdmi}}\left(n\right)-u_{\mathrm{cpmi}}(n-\mathrm{KN})\end{array}\right.---\left(3\right)$$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{ami}}\left(n\right)=i_{\mathrm{admi}}\left(n\right)-i_{\mathrm{apmi}}(n-\mathrm{KN})\\ \Delta i_{\mathrm{bmi}}\left(n\right)=i_{\mathrm{bdmi}}\left(n\right)-i_{\mathrm{bpmi}}(n-\mathrm{KN})\\ \Delta i_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)=i_{\mathrm{cdmi}}\left(n\right)-i_{\mathrm{cpmi}}(n-\mathrm{KN})\end{array}\right.---\left(4\right)$式中，Δu为扰动电压，Δi为扰动电流；n是采样点的序号，是序数，n＝0,1,…；N是基波一个周期的采样点数；K取一正整数，K＝1或2，或3，是扰动期间采样点滞后扰动前采样点的基波周期数；下标p表示电压暂降发生前，即电网正常运行时；下标d表示扰动期间；下标mi为第i个监测点，i为序数，i＝1，2，…；下标a、b、c分别表示a、b、c三相；下标顺序：相(a、b或c)‑扰动前p或期间d‑监测点mi；步骤b.求mi点的扰动有功功率ΔP_mi，它等于mi点的αβ扰动电压矢量Δu_αβmi(n)和αβ扰动电流矢量Δi_αβmi(n)的内积，并取一个基波周期的积分值，见式(5)$\left\{\begin{array}{c}\Delta p_{\mathrm{mi}}\left(n\right)=\Delta i_{\mathrm{\alpha \beta mi}}{\left(n\right)}^T·\Delta u_{\mathrm{\alpha \beta mi}}\left(n\right)\\ \Delta P_{\mathrm{mi}}\left(n\right)=\frac{1}{N}{\Sigma }_{j=n-N}^n\Delta p_{\mathrm{mi}}\left(j\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$式(5)中，j是序数；αβ扰动电压矢量和扰动电流矢量为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{\alpha \beta mi}}\left(n\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{\alpha mi}}\left(n\right)\\ {\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{\beta mi}}\left(n\right)\end{array}\right]=C·{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{mi}}\left(n\right)\\ {\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{\alpha \beta mi}}\left(n\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{\alpha mi}}\left(n\right)\\ {\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{\beta mi}}\left(n\right)\end{array}\right]=C·{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{mi}}\left(n\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$其中：$C=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]$式(7)为扰动电压矢量和扰动电流矢量：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{mi}}\left(n\right)={[{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{ami}}\left(n\right),{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{bmi}}\left(n\right),{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)]}^T\\ {\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{mi}}\left(n\right)={[{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{ami}}\left(n\right),{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{bmi}}\left(n\right),{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{cmi}}\left(n\right)]}^T\end{array}\right.---\left(7\right)$步骤c.依据基波一个周波扰动有功功率的平均值ΔP_mi(n)定位电压暂降源。可以任意定义一个参考方向，这个定义是由电压和电流互感器的同名端决定的，一般定义负荷消耗有功功率为“正”；当扰动功率ΔP_mi(n)为正时，电压暂降源，即扰动源在参考方向的相反方向，也称上游；当扰动功率ΔP_mi(n)为负时，电压暂降源在参考方向的相同方向，也称下游。