一种动态无功补偿装置响应时间测量方法与流程

1.本发明涉及动态无功补偿装置测试领域，具体涉及一种动态无功补偿装置响应时间测量方法。


背景技术：

2.随着交直流电弧炉、电气化铁路、城市轨道交通负荷等大功率冲击性负荷，以及大容量间歇性新能源发电场站的规模化并网，动态无功补偿装置(dynamic var compensator，以下简称dvc)的应用需求凸显。dvc响应时间dvc动态补偿性能的重要保障，是指从控制信号(参考电压)输入开始直至补偿装置首次达到目标值90％所用的时间，在各类dvc的技术标准中，都会对其响应时间提出具体的技术要求。
3.目前测试动态无功补偿装置响应时间有以下几种方案：
4.(1)参考文献[1](范高锋,裴哲义,肖洋等.风电场动态无功补偿装置响应速度及其检测方法研究[j].智能电网,2015(2):6)公开了一种风电场动态无功补偿装置响应速度及其检测方法，具体是通过测试扰动检测时间与系统响应时间的总和来近似计算出系统响应时间是否满足要求。具体做法为：投、切风电场一定容量的电容器(或风机汇集线)，测量从电网产生扰动开始，到被控量首次达到目标值的90％所经历的时间，即扰动检测时间与系统响应时间的总和，进而推算出系统响应时间。
[0005]
(2)参考文献[2](张金平,晏青,樊熠,王瑞明,常喜强,郭小龙,张彦军.一种风电场无功补偿装置动态响应时间检测方法[p].北京：cn105388372a,2016-03-09)公开了一种风电场无功补偿装置动态响应时间检测方法，该方法包括：(1)分析相关标准对风电场无功补偿装置动态响应时间要求；(2)确定测试装置后台单元向数据采集系统发送同步信号的时间、向无功补偿装置发送电压/无功目标值的时间以及无功补偿装置向数据采集系统输出反馈信号的时间；(3)获取无功补偿装置的动态响应时间；(4)将各同步信号和反馈信号发送至数据采集系统，调用数据采集系统获取无功补偿装置精确动态响应时间；(5)验证该精确动态响应时间是否符合标准要求。
[0006]
(3)参考文献[3](吴亚楠,茆华风,沈显顺,李俊,卢晶,茆智伟.基于触发检测的晶闸管控制电抗器动态响应时间评估方法[j].强激光与粒子束,2019,31(05):72-76)和参考文献[4](吴亚楠,傅鹏,李俊,茆华风,许留伟,陶骏,卢晶.面向大容量冲击负荷的tcr型svc动态响应性能试验方法[p].安徽省：cn106291170b,2020-09-29)公开了一种基于实际触发脉冲检测的tcr动态响应时间评估方法，首先通过断路器过零切除fc支路产生阶跃无功参考量统一基准时刻，同时采集tcr相电流波形获取实际触发角，并与触发角下限值比较，从而准确评估tcr动态响应时间特性。
[0007]
(4)参考文献[5](张金平,余秀月,樊熠,李庆.一种计及通讯时延的无功补偿装置动态响应时间测试系统[p].北京：cn205594088u,2016-09-21)公开了一种计及通讯时延的无功补偿装置动态响应时间测试系统，具体步骤包括：(1)利用计算机上位机下发控制指令给智能指令下发装置，智能指令下发装置接收到控制指令后，给无功补偿装置下发控制指
令，同时输出一个同步信号给数据采集系统，数据采集系统接收到该信号后自动启动采集设备的波形记录功能；(2)无功补偿装置接收到智能指令下发装置的指令信号后，输出一个反馈信号给数据采集系统，即为t1时段；(3)无功补偿装置接收到控制指令后，进行计算处理，直至开始输出无功电流，即为t2时段；(4)以无功补偿装置开始输出无功电流为起始时刻，直至无功补偿装置输出的无功电流达到90％目标值，即为无功补偿装置系统调节时间，即为t3时段。
[0008]
但发明人发现：现有这些dvc响应时间检测方法，主要是在试验状态下通过扰动源产生较大的无功电压阶跃，然后基于阶跃过程中电网电压、电流、无功的有效值或瞬时无功曲线，实现响应时间测量。但在实际应用场景中，通过试验状态进行测试，不仅会影响设备的正常运行，而且需要能产生阶跃扰动的干扰源，对测试条件要求较为苛刻，不利于现场实施。并且，在实际应用场景中，设备间通讯时延、控制参数调整以及无功补偿需求变化等因素均会影响dvc的响应时间，不同应用场景下的响应时间测试结果存在较大差异，并不能反映动态无功补偿装置实际运行的响应情况。此外，有些应用场景往往并不具备产生较大无功电压阶跃的条件，控制信号的输入时刻也难以准确捕捉，给响应时间的现场测量带来较大的挑战。
[0009]
因此，如何利用现场运行条件，在不影响设备装置正常运行的工况下，实现dvc响应时间的在线准确测量，是急需解决的问题。


技术实现要素：

[0010]
本发明提供一种动态无功补偿装置响应时间测量方法，能很好的解决现有动态无功补偿装置响应时间测量方法对测试工况要求苛刻，且不能准确反映动态无功补偿装置实际运行情况的问题。
[0011]
本发明的技术方案为：
[0012]
一种动态无功补偿装置响应时间测量方法，包括如下步骤：
[0013]
步骤1，获取对动态无功补偿装置支路与补偿对象支路的电压、电流进行同步采样得出的采样信号，根据所述采样信号计算采样周期内所述动态无功补偿装置支路与所述补偿对象支路的瞬时无功功率；
[0014]
步骤2，对所述步骤1得到的所述动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率与所述补偿对象支路的瞬时无功功率分别进行滤波，去除干扰谐波；
[0015]
步骤3，消去所述步骤2滤波后的瞬时无功功率的直流分量；
[0016]
步骤4，对所述步骤3消去直流分量的瞬时无功功率组成的数组进行离散傅里叶变换得到对应的频域数组，通过对应的频域数组计算得出所述动态无功补偿装置支路与补偿对象支路的瞬时无功功率的互功率谱；
[0017]
步骤5，对所述步骤3得到的互功率谱进行离散傅里叶反变换得到广义互相关系数的数组，对所述广义互相关系数的数组进行峰值检测，确定峰值对应的延迟数据点，根据确定的延迟数据点计算得出所述动态无功补偿装置的动态响应时间。
[0018]
本发明的动态无功补偿装置响应时间测量方法具有以下优点：
[0019]
利用补偿对象的无功波动和动态无功补偿装置无功补偿过程数据，通过广义互相关计算，实现动态无功补偿装置响应时间的准确测量，无需增加额外的扰动源，不影响设备
正常运行，且更能反映动态无功补偿装置在实际电网中的补偿和响应情况，易于现场实施。
附图说明
[0020]
下面对实施例描述中所用附图作简要介绍，这些附图仅是本发明一部分实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不需要付出创造性劳动的情况下，可以根据这些附图获得其他附图。
[0021]
图1是本发明的动态无功补偿装置响应时间测量方法的流程图；
[0022]
图2是本发明实施例的响应时间测量方法中直流电弧炉配电系统测点连接示意图；
[0023]
图3是本发明实施例的响应时间测量方法中直流电弧炉和svc馈线的瞬时无功功率变化趋势图；
[0024]
图4是本发明实施例的响应时间测量方法中直流电弧炉和svc装置馈线三相瞬时无功功率变化趋势图；
[0025]
图5是本发明实施例的响应时间测量方法中消去直后的直流电弧炉和svc装置馈线三相瞬时无功功率变化趋势图；
[0026]
图6是本发明实施例的响应时间测量方法中直流电弧炉与svc装置馈线瞬时无功功率的功率谱和互功率谱，其中，(a)为直流电弧炉瞬时无功功率的功率谱；(b)为svc瞬时无功功率的功率谱；(c)为直流电弧炉和svc装置互功率谱；
[0027]
图7是本发明实施例3的响应时间测量方法中直流电弧炉与svc装置馈线瞬时无功功率广义互相关系数曲线图。
具体实施方式
[0028]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明，使本发明的上述及其他目的、特征和优势更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0029]
如图1所示，本发明提供一种动态无功补偿装置响应时间测量方法，包括如下步骤：
[0030]
步骤1，获取对动态无功补偿装置支路与补偿对象支路的电压、电流进行同步采样得出的采样信号，根据所述采样信号计算采样周期内所述动态无功补偿装置支路与所述补偿对象支路的瞬时无功功率；
[0031]
步骤2，对所述步骤1得到的所述动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率与所述补偿对象支路的瞬时无功功率分别进行滤波，去除干扰谐波；
[0032]
步骤3，消去所述步骤2滤波后的瞬时无功功率的直流分量；
[0033]
步骤4，对所述步骤3消去直流分量的瞬时无功功率数组进行离散傅里叶变换得到对应的频域数组，通过对应的频域数组计算得出所述动态无功补偿装置支路与补偿对象支路的瞬时无功功率的互功率谱；
[0034]
步骤5，对所述步骤3得到的互功率谱进行离散傅里叶反变换得到广义互相关系数的数组，对所述广义互相关系数的数组进行峰值检测，确定峰值对应的延迟数据点，根据确
定的延迟数据点计算得出所述动态无功补偿装置的动态响应时间。
[0035]
上述测量方法的步骤1中，采样得到的动态无功补偿装置支路和补偿对象支路的三相电压数字信号分别为ua(k)、ub(k)、uc(k)、补偿对象支路的三相电流数字信号一分别为i
a1
(k)、i
b1
(k)、i
c1
(k)、动态无功补偿装置支路的三相电流数字信号二分别为i
a2
(k)、i
b2
(k)、i
c2
(k)；通过以下公式(1)、(2)分别计算出所述补偿对象支路和动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率：
[0036][0037][0038]
上述公式(1)、(2)中，q1(k)为采样周期内补偿对象支路的瞬时无功功率数组；q2(k)为采样周期内动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率数组；ua(k)、ub(k)、uc(k)分别为采样周期内供电母线a、b、c三相电压的时域离散采样数据；i
a1
(k)、i
b1
(k)、i
c1
(k)分别为补偿对象支路的a、b、c三相电流时域离散采样数据；i
a2
(k)、i
b2
(k)、i
c2
(k)分别为动态无功补偿装置支路的a、b、c三相电流时域离散采样数据；k为采样点编号，k＝1、2、3、
……
、mn，m为采样的工频周波数，n为每工频周波采样的点数。
[0039]
上述测量方法的步骤1中，采样周期至少涵盖一个完整的动态无功补偿装置的动态补偿过程；
[0040]
所述n的取值为大于等于16。
[0041]
所述步骤1中，将计算得到的动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率乘以-1作为最终的动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率。
[0042]
上述测量方法的步骤2中，采用6阶巴特沃斯低通滤波器对瞬时无功功率数组进行滤波去除干扰谐波，所述6阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数h(z)表达式为：
[0043][0044]
上述式(3)中，a和b分别为6阶巴特沃斯低通滤波器传递函数的系数；
[0045]
所述6阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率与所滤波的瞬时无功功率中的干扰谐波相匹配。
[0046]
上述测量方法的步骤3中，通过以下公式(4)、(5)消去滤波后的瞬时无功功率数组的直流分量，为：
[0047]
q1(k)＝q1(k)-mean(q1(k))(4)；
[0048]
q2(k)＝q2(k)-mean(q2(k))(5)；
[0049]
上述公式(4)、(5)中，mean(q1(k))表示计算补偿对象支路的瞬时无功功率数组q1(k)的均值；mean(q2(k))表示计算动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率数组q2(k)的均值；
[0050]
所述步骤4中，按以下公式(6)、(7)分别对滤波后的补偿对象支路与动态无功补偿装置支路的瞬时无功功率数组进行离散傅里叶变换，得到对应的频域数组q1(k)和q2(k)，所述公式(6)、(7)分别为：
[0051][0052][0053]
按以下公式(8)将q1(k)和q2(k)的共轭进行相乘，得到互功率谱所述公式(8)为：
[0054][0055]
所述步骤5中，按公式(9)对所述互功率谱进行离散傅里叶反变换得到广义互相关系数的数组所述公式(9)为：
[0056][0057]
所述步骤5中，对得出的所述广义互相关系数的数组进行峰值检测，确定峰值对应的延迟数据点n
p
，按以下公式(10)计算出所述动态无功补偿装置的动态响应时间ts，所述公式(10)为
[0058][0059]
上述公式(10)中，n为每周波采样的点数；n
p
为延迟数据点；fs是电网频率；ts为计算得出的动态补偿装置的响应时间，该响应时间的单位为ms。
[0060]
本发明的方法，能在dvc和补偿对象均正常运行的工况下进行同步测量，利用补偿对象的无功波动和dvc无功补偿过程数据，通过广义互相关计算，实现dvc响应时间的准确测量，无需增加额外的扰动源，不影响系统正常运行，且更能反dvc在实际电网中的补偿和响应情况，易于现场实施。
[0061]
下面将结合本发明的附图对本发明实施方案作进一步描述。同时要说明以下部分未详细说明的部分应理解为是本领域所公知的。
[0062]
实施例
[0063]
本实施例以测量直流电弧炉配电系统svc补偿装置响应时间为例，进一步说明本发明的测量方法。
[0064]
测量直流电弧炉配电系统svc补偿装置响应时间的测试点设置如图2所示。
[0065]
获得直流电弧炉35kv供电母线电压、直流电弧炉馈线电流和svc装置馈线电流的时域离散信号，其中每周波采样点数为n＝256，单次采样的周期为m＝50个工频周期，则得到的直流电弧炉馈线电流、svc装置馈线电流及供电母线电压的时域离散信号的数据长度均为12800个采样点。根据公式(1)、(2)计算的直流电弧炉和svc装置馈线的瞬时无功功率趋势分别如图3所示。
[0066]
对瞬时无功功率进行滤波，选择6阶巴特沃斯低通滤波器，滤波器截止频率为70hz，根据相关软件设计的低通滤波器传递函数参数如表1：
[0067]
表1 6阶巴特沃斯滤波器参数表
[0068]
数组编号1234567数组a1-5.8672414.34498-18.707213.72401-5.370250.875667
数组b2.41e-111.44e-103.61e-104.82e-103.61e-101.44e-102.41e-11
[0069]
滤波后的直流电弧炉和svc装置馈线瞬时无功功率变化趋势如图4所示。
[0070]
为减少直流分量对功率谱计算结果的影响，消去直流电弧炉和svc装置馈线瞬时无功功率趋势数据中的直流分量，如图5所示。
[0071]
对滤波、去直(即消去直流分量)后的直流电弧炉和svc装置馈线瞬时无功功率数组进行离散傅里叶变换，计算直流电弧炉和svc装置馈线瞬时无功功率的功率谱，功率谱的幅值计算结果如图6(a)和(b)所示，将svc装置的功率谱取共轭后再与直流电弧炉的功率谱相乘，得到直流电弧炉和svc装置馈线瞬时无功功率的互功率谱，互功率谱的幅值计算结果如图6(c)。
[0072]
对互功率谱进行离散傅里叶反变换，得到广义互相关系数变化趋势如图7所示，对图7中的广义互相关系数曲线进行峰值检测，确定峰值对应的延迟数据点n
p
＝176，由于每周波采样点数为n＝256，根据公式(10)，计算出该次测量的svc装置动态响应时间ts＝13.75ms。
[0073]
本发明基于广义互相关的动态无功补偿装置响应时间测量方法，在dvc和补偿对象均正常运行的工况下进行同步测量，利用补偿对象的无功波动和dvc无功补偿过程数据，通过广义互相关计算，实现dvc响应时间的准确测量，无需增加额外的扰动源，不影响系统正常运行，且更能反dvc在实际电网中的补偿和响应情况，易于现场实施。
[0074]
上述实施例中未详细说明的部分，可以理解为本领域技术人员公知的知识。本发明实施例方法所涉及的部分步骤或全部步骤，可以是程序指令对应的硬件实现，程序是指存储在可读取存储介质中能按特定次序执行的指令集合。
[0075]
本领域技术人员能够知道，上述这些实施例仅是本发明的较佳实施例，本发明的保护范围不局限于上述这些实施例，对于熟悉本领域技术的技术人员而言，根据本发明披露的技术范围，轻易能想到的替换以及变化，均应属于本发明的保护范围。因此，本发明保护范围应以权利要求书的保护范围为准。