一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法及监测装置与流程

1.本技术实施例涉及电力系统领域，特别涉及一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法及监测装置。


背景技术：

2.近年来，随着电力系统的发展和电力电子技术的广泛应用，用电负荷的结构发生了重大的变化。大量的非线性负荷如电弧炉、电气化铁路、晶闸管调压及变频调整装置的运行，成为电网中主要谐波源，向电力系统注入大量谐波电流。
3.然而，谐波对电气设备正常运行具有非常的危害性，其中，以电力电容器占比最大。目前评估电器谐波电流限值大小，一般依据国标
【1】
《gbt14549-1993电能质量公用电网谐波》里对注入公共连接点谐波电流允许值的规定，而要获得谐波电流允许值大小，还需知道母线的短路容量大小。
4.但是目前,实用化的电网母线短路容量测量技术和装置仍未开发出来,电网企业和其他工业企业为获取短路容量，仍然只能依靠基于模型的常规计算,这种方式无法满足智能电网的可观、可控和透明的要求。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法及监测装置，母线短路容量的测量精度高，提高了电容器谐波电流告警值的准确度；同时，不需要完整的电网参数，方便安全且快速，有效弥补了短路容量计算的局限性。
6.本技术实施例第一方面提供了一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法，包括：
7.采集电容器投切前后的母线电压幅值；
8.根据所述母线电压幅值计算所述电容器投切前后的电压幅值变化值；
9.根据所述电压幅值变化值计算所述电容器投切前后的母线短路容量；
10.根据所述母线短路容量和基准短路容量计算出谐波电流允许值；
11.判断所述谐波电流允许值与初始谐波电流告警值是否相等，若否，则将所述谐波电流允许值作为最新谐波电流告警值。
12.可选的，所述采集电容器投切前后的母线电压幅值，包括：
13.采集电容器投切前的第一母线电压幅值和所述电容器投切后的第二母线电压幅值。
14.可选的，所述根据所述母线电压幅值计算所述电容器投切前后的电压幅值变化值，包括：
15.根据所述第一母线电压幅值和所述第二母线电压幅值的矢量差得到所述电容器投切前后的电压幅值变化值。
16.可选的，所述根据所述电压幅值变化值计算所述电容器投切前后的母线短路容
量，包括：
17.将所述电压幅值变化值代入角差θ的迭代计算方式中，所述角差θ的迭代计算方式为：
[0018][0019]
其中，角差θ表示所述第一母线电压幅值和所述第二母线电压幅值之间的角差；k为阻感比；ic表示电流源；
△
v表示电压幅值变化值；r
ld
表示负荷有功功率；xs表示短路容量的无功分量；
[0020]
根据所述角差θ的迭代计算方式计算出短路容量的无功分量xs；
[0021]
根据所述短路容量的无功分量xs计算出短路容量的有功分量rs；
[0022]
根据所述短路容量的有功分量rs计算出系统内阻抗zs；
[0023]
根据所述系统内阻抗zs计算出所述母线短路容量sf。
[0024]
可选的，所述根据所述母线短路容量和所述基准短路容量计算出谐波电流允许值，包括：
[0025]
将所述母线短路容量作为最小短路容量带入谐波电流允许值的换算公式中，所述谐波电流允许值的换算公式为：
[0026][0027]
其中，s
k1
为公共连接点的最小短路容量；s
k2
为基准短路容量；
[0028]
ih是短路容量为s
k1
时的第h次谐波电流允许值；
[0029]ihp
为对应基准短路容量s
k2
的第h次谐波电流允许值；
[0030]
根据所述谐波电流允许值的换算公式计算得到谐波电流允许值ih。
[0031]
可选的，在所述将所述谐波电流允许值作为最新谐波电流告警值之后，所述方法还包括：
[0032]
实时监测所述电容器每一次投切前后的母线电压幅值变化；
[0033]
根据所述母线电压幅值变化修正所述电容器的谐波电流告警值。
[0034]
本技术实施例第二方面提供了一种基于实测短路容量的电容器谐波监测装置，包括：
[0035]
互相电性连接的电压/电流采样模块、a/d转换模块、开关量输入/输出模块、主控模块；
[0036]
所述电压/电流采样模块用于输出模拟信号至所述a/d转换模块；
[0037]
所述a/d转换模块用于接收所述电压/电流采样模块和所述开关量输入/输出模块的输出信号进行模数转换，并发送至所述主控模块；
[0038]
所述主控模块用于接收所述a/d转换模块发送来的输出信号，并执行前述第一方面中任意一项所述的电容器谐波评估方法。
[0039]
可选的，所述电容器谐波监测装置还包括辅助处理模块，所述辅助处理模块通过双口连接所述主控模块，所述辅助处理模块设置有显示子模块和按键子模块，通过所述显
示子模块和所述按键子模块进行人机交互。
[0040]
可选的，所述电容器谐波监测装置还包括存储模块，所述存储模块与所述主控模块电性连接，用于数据缓存和采样数据存储。
[0041]
可选的，所述电容器谐波监测装置还包括通信模块和电源模块；所述通信模块与所述辅助处理模块电性连接，用于实现不同的数据交换方式；所述电源模块用于提供电源。
[0042]
本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时执行上述第一方面任意一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法。
[0043]
以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
[0044]
本技术中，设计一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法，通过采集电容器投切前后的母线电压幅值，测算母线短路容量，实测的母线短路容量能更真实的反映当前电容器对谐波的承受能力，系统根据该母线短路容量的变化动态调整谐波电流告警值的大小。该方法得到的母线短路容量的测量精度高，提高了电容器谐波电流告警值的准确度；同时，该方法不需要完整的电网参数，方便安全且快速，有效弥补了短路容量计算的局限性。
附图说明
[0045]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述，显然阐述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护范围。
[0046]
需要说明的是，在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。
[0047]
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
[0048]
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0049]
此外，在本技术中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本技术可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本技术所揭示的技术内容涵盖的范围内。
[0050]
图1为本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波评估方法一个流程示意图；
[0051]
图2为本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波评估方法另一流程示意图；
[0052]
图3为本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波监测装置一个结构示意图；
[0053]
图4为本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波监测装置一个结构外观图；
[0054]
图5为本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波监测装置一个测量界面图；
[0055]
图6为本技术实施例中端子布置界面图。
具体实施方式
[0056]
本技术实施例提供了一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法及监测装置，母线短路容量的测量精度高，提高了电容器谐波电流告警值的准确度；同时，不需要完整的电网参数，方便安全且快速，有效弥补了短路容量计算的局限性。
[0057]
需要说明的是，本技术中关于基于实测短路容量的电容器谐波评估方法的执行主体可以是服务器，可以是系统，也可以是装置，下面将以系统作为执行主体进行阐述说明。此外，关于基于实测短路容量的电容器谐波监测装置的实施例所描述的各个部位之间的位置关系皆是以图3为依据，图3中，电压/电流采样模块位于主控模块的左边，位于a/d转换模块的上边。
[0058]
请参阅图1，本技术实施例提供了一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法，包括：
[0059]
101、采集电容器投切前后的母线电压幅值；
[0060]
需要说明的是，本技术实施例中，系统是通过对并联电容器投切引起的母线电压扰动对电网母线短路电容进行在线测定，并通过实测到的母线短路容量实时修正谐波电流限值。因此，为了得到母线短路容量，系统先通过电压/电流采样模块对电容器投切前后的母线幅值电压进行采集。
[0061]
母线短路容量是电力系统运行与控制所需的关键参数,在线测量短路容量对电网实现可观性和可控性至关重要。
[0062]
102、根据所述母线电压幅值计算所述电容器投切前后的电压幅值变化值；
[0063]
本技术实施例中，系统通过电压/电流采样模块采集到电容器投切前后的母线幅值电压后，因为电容器投切前、后的母线电压存在矢量相位关系，系统通过计算电容器投切前后的母线幅值电压的矢量差得到电压幅值变化值，具体的计算方式，在图2实施例在进行详细阐述，本步骤暂不作说明。
[0064]
需要说明的是，电容器投切引起的电压矢量相位变化是影响测量精度的关键因素，本技术实施例中提出的电压矢量相位差的迭代计算方法，比直接测量更加方便可靠，且具有很高的精确性。
[0065]
103、根据所述电压幅值变化值计算所述电容器投切前后的母线短路容量；
[0066]
本技术实施例中，系统计算得到电容器投切时的电压幅值变化值之后，将其带入角差θ的迭代公式进行计算，测得电容器投切前后的母线短路容量。需要说明的是，具体的
计算公式在图2实施例中会进行详细阐述，本技术实施例暂不作说明。
[0067]
104、根据所述母线短路容量和基准短路容量计算出谐波电流允许值；
[0068]
本技术实施例中，系统计算得到母线短路容量后，先判断国标中对于公共连接点的最小短路容量和规定的基准短路容量是否相同，如果不同，则将实测得到的母线短路容量替换最小短路容量代入公式与基准短路容量进行谐波电流允许值的计算，具体的计算公式在图2实施例中会进行详细阐述，本技术实施例中暂不作说明。
[0069]
需要说明的是，公共连接点指的是用户接入公用电网的连接处，本技术中的公共连接点可看出电容器所在的母线。不同的标准电压对应不同的基准短路容量，不同的基准短路容量以及谐波次数对应不同的谐波电流允许值，根据国标中规定的谐波电流允许值的换算，公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量不应超过国标规定的允许值。
[0070]
其谐波电流允许值的计算按用户在该公共点上的协议容量与其供电设备的容量之比进行分配，比如，本技术中，电源模块的供电压为220v/380v，按照国标规定，则其基准短路容量应取2000mva。
[0071]
105、判断所述谐波电流允许值与初始谐波电流告警值是否相等；
[0072]
本技术实施例中，系统测算得到谐波电流允许值之后，判断其与初始谐波电流阈值是否相等，若是不相等，则执行步骤106。
[0073]
需要说明的是，初始谐波电流阈值即初始谐波电流告警值，为前次测量得到的谐波电流允许值同比换算得到。
[0074]
106、将所述谐波电流允许值作为最新谐波电流告警值。
[0075]
本技术实施例中，系统根据谐波电流允许值与初始谐波电流告警值是否相等来决定是否调整电容器谐波监测装置内部的谐波电流限值，即谐波电流告警值。如果谐波电流允许值与初始谐波电流告警值相等，则无需替换，保持电容器投切前的谐波电流限值为告警整定值，如果谐波电流允许值与初始谐波电流告警值不相等，则将本次测算得到的谐波电流允许值整定为新的谐波电流告警值。
[0076]
需要说明的是，确立新的谐波电流限值后，每当电容器投切一次都将触发监测装置重新计算谐波电流警告值，重复执行步骤101～106。
[0077]
本技术实施例中，设计一种基于实测短路容量的电容器谐波评估方法，通过采集电容器投切前后的母线电压幅值，测算母线短路容量，实测的母线短路容量能更真实的反映当前电容器对谐波的承受能力，系统根据该母线短路容量的变化动态调整谐波电流告警值的大小。该方法得到的母线短路容量的测量精度高，提高了电容器谐波电流告警值的准确度；同时，该方法不需要完整的电网参数，方便安全且快速，有效弥补了短路容量计算的局限性。
[0078]
上面对基于实测短路容量的电容器谐波评估方法进行了一个大概的说明，下面将对基于实测短路容量的电容器谐波评估方法进行一个详细的介绍。
[0079]
请参阅图2，本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波评估方法另一实施例包括：
[0080]
201、采集电容器投切前的第一母线电压幅值和所述电容器投切后的第二母线电压幅值；
[0081]
需要说明的是，本技术实施例中，系统是通过对并联电容器投切引起的母线电压
扰动对电网母线短路电容进行在线测定，并通过实测到的母线短路容量实时修正谐波电流限值。因此，为了得到母线短路容量，系统先通过电压/电流采样模块对电容器投切前后的母线幅值电压进行采集，具体的，采集电容器投切前的第一母线电压幅值v1和所述电容器投切后的第二母线电压幅值v2。
[0082]
202、根据所述第一母线电压幅值和所述第二母线电压幅值的矢量差得到所述电容器投切前后的电压幅值变化值；
[0083]
本技术实施例中，系统通过电压/电流采样模块采集到电容器投切前的第一母线电压幅值v1和所述电容器投切后的第二母线电压幅值v2后，再根据δv＝|v
1-v2|计算电容器的电压幅值变化值。电压幅值变化值即电容器切除前电压矢量与切除后电压矢量的矢量差。
[0084]
203、根据所述电压幅值变化值计算所述电容器投切前后的母线短路容量；
[0085]
本技术实施例中，系统计算得到电容器投切时的电压幅值变化值之后，将其带入角差θ的迭代公式进行计算，测得电容器投切前后的母线短路容量。具体的，将所述电压幅值变化值代入角差θ的迭代计算公式(1)中，所述角差θ的迭代计算公式(1)为：
[0086][0087]
其中，角差θ表示所述第一母线电压幅值和所述第二母线电压幅值之间的角差；k为阻感比；ic表示电流源；
△
v表示电压幅值变化值；r
ld
表示负荷有功功率；xs表示短路容量的无功分量；
[0088]
根据所述角差θ的迭代计算方式计算出短路容量的无功分量xs之后，再根据所述短路容量的无功分量xs计算出短路容量的有功分量rs，并根据所述短路容量的有功分量rs计算出系统内阻抗zs，进而根据所述系统内阻抗zs计算出所述母线短路容量sf。
[0089]
204、根据所述母线短路容量和基准短路容量计算出谐波电流允许值；
[0090]
本技术实施例中，系统计算得到母线短路容量后，先判断国标中对于公共连接点的最小短路容量和规定的基准短路容量是否相同，如果不同，则将实测得到的母线短路容量替换最小短路容量代入公式与基准短路容量进行谐波电流允许值的计算，具体的，小短路容量带入谐波电流允许值的换算公式(2)中，所述谐波电流允许值的换算公式(2)为：
[0091][0092]
其中，s
k1
为公共连接点的最小短路容量；s
k2
为基准短路容量；ih是短路容量为s
k1
时的第h次谐波电流允许值；i
hp
为对应基准短路容量s
k2
的第h次谐波电流允许值。
[0093]
系统根据所述谐波电流允许值的换算公式计算得到谐波电流允许值ih。
[0094]
205、判断所述谐波电流允许值与初始谐波电流告警值是否相等；
[0095]
本技术实施例中，系统测算得到谐波电流允许值之后，判断其与初始谐波电流阈值是否相等，若是不相等，则执行步骤206。
[0096]
需要说明的是，初始谐波电流阈值即初始谐波电流告警值，为前次测量得到的谐波电流允许值同比换算得到。
[0097]
206、将所述谐波电流允许值作为最新谐波电流告警值；
[0098]
本技术实施例中，系统根据谐波电流允许值与初始谐波电流告警值是否相等来决定是否调整电容器谐波监测装置内部的谐波电流限值，即谐波电流告警值。如果谐波电流允许值与初始谐波电流告警值相等，则无需替换，保持电容器投切前的谐波电流限值为告警整定值，如果谐波电流允许值与初始谐波电流告警值不相等，则将本次测算得到的谐波电流允许值整定为新的谐波电流告警值。
[0099]
207、实时监测所述电容器每一次投切前后的母线电压幅值变化；
[0100]
208、根据所述母线电压幅值变化修正所述电容器的谐波电流告警值。
[0101]
需要说明的是，本技术实施例中，确立新的谐波电流限值后，每当电容器投切一次都将触发监测装置重新计算谐波电流警告值，重复执行步骤201～206。以实现实时动态修正电容器的谐波电流告警值。
[0102]
本技术实施例中，通过电容器投退后得到的电压幅值和相位，就可以测算短路容量，其实测的母线短路容量能更真实的反映当前电器器组对谐波的承受能力，使得谐波电流限值大小随系统变化能动态调整，提高短路容量的测量精度，从而提高电容器谐波电流限值的准确度，也更符合电网企业精益化管理的要求。
[0103]
上面对基于实测短路容量的电容器谐波评估方法进行了描述，下面将对基于实测短路容量的电容器谐波监测装置进行说明。
[0104]
请参阅图3和图6，本技术实施例中基于实测短路容量的电容器谐波监测装置一个实施例包括：
[0105]
互相电性连接的电压/电流采样模块301、a/d转换模块302、开关量输入/输出模块303、主控模块304；
[0106]
电压/电流采样模块301用于输出模拟信号至a/d转换模块302；
[0107]
a/d转换模块302用于接收电压/电流采样模块301和开关量输入/输出模块303的输出信号进行模数转换，并发送至主控模块304；
[0108]
主控模块304用于接收a/d转换模块302发送来的输出信号，并执行前述图1实施例和图2实施例中任意一个所述的电容器谐波评估方法。
[0109]
需要说明的是，本技术实施例中，设计一种基于实测短路容量的电容器谐波监测装置，用于监测电力系统电力电容器的谐波水平，包括互相电性连接的电压/电流采样模块301、a/d转换模块302、开关量输入/输出模块303以及主控模块304。
[0110]
其中，电压/电流采样模块301，可供4路电压和4路电流输入，输出模拟信号量，传送到a/d转换模块302。
[0111]
a/d转换模块302，接收电压/电流采样模块301与开关量输入/输出模块303的输出信号进行模数变换，再传送给主控模块304。同时，主控模块304输出的报警、远控信号也经由a/d转换模块302处理后传送给开关量输入/输出模块303的输出do。
[0112]
开关量输入/输出模块303包括4路输入di，3路输出do，可实现报警或远程遥控，其中1路默认为失电告警。
[0113]
主控模块304用于实现测量母线短路容量计算、谐波超标告警逻辑判断、动态调整谐波电流限值处理、电容器投切分析等功能，具体的逻辑判断与算法处理与图1至图2实施例中的步骤一致。
[0114]
可选的，所述电容器谐波监测装置还包括辅助处理模块305，辅助处理模块305通过双口连接主控模块304，辅助处理模块305设置有显示子模块3051和按键子模块3052，通过显示子模块3051和按键子模块3052进行人机交互。
[0115]
可选的，所述电容器谐波监测装置还包括存储模块306，存储模块306与主控模块304电性连接，用于数据缓存和采样数据存储。
[0116]
可选的，所述电容器谐波监测装置还包括通信模块307和电源模块308；通信模块307与辅助处理模块305电性连接，用于实现不同的数据交换方式；电源模块308用于提供电源。
[0117]
需要说明的是，本技术实施例中，存储模块306与主控模块304的数据口连接，作为数据缓存和采样数据存储。辅助处理模块305通过双口连接主控模块，用于人机交互，其输入输出口连接显示子模块3051和按键子模块3052。
[0118]
通信模块307连接辅助处理模块305的通讯口，可实现rs-485、100m以太网和4g等数据交换方式。
[0119]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0120]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0121]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0122]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0123]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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中，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。