含dg复杂配电网的电压暂降源定位方法
【专利摘要】本发明通过对外部输入电压和电流进行非线性自适应滤波处理，得到在系统频率小扰动、暂态振荡干扰和白噪声等条件下的输入基波分量的瞬时幅值和瞬时相位的动态跟踪，综合考虑由上游系统等效参数和下游系统等效参数的变化，分析计算电压暂降总电压变化量中的上游、下游电压变化量以及对应上、下游权重系数，并给出了百分比形式的电压暂降源定量定位结果，从而实现界定分清电压暂降事故中供用电双方各自的责任划分和比例分担,完成电压暂降源定位。本发明定位方法更具体、精确。
【专利说明】含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力工程【技术领域】，具体是一种含DG复杂配电网的的电压暂降源定 位方法。
【背景技术】
[0002] 电能质量（Power Quality)是21世纪现代电网的关键特征之一。电压暂降 (Voltage Sag)是目前电力系统中最重要的电能质量问题之一，电压暂降是指电网在系统 频率时电压有效值（RMS)瞬时减小到额定值的10%?90%范围内，其持续时间一般为半 个工频周期到数秒钟。据统计，约80%的电能质量问题是由电压暂降引起的，它会导致逻辑 控制器误动、调速装置失灵、不可预计的欠电压跳闸及计算机重要数据丢失等。最近十几年 来，电压暂降造成了巨大的经济损失，资料表明，美国每年因电压暂降事故造成经济损失达 200多亿美元，欧美发达国家一次电压暂降事故造成经济损失都在百万美元以上，而电压暂 降给单个电力用户造成给损失也十分巨大，上海华虹NEC-次电压低于87%持续0. 12s的 电压暂降造成直接损失就超100万美元。电压暂降已成为目前国内外电工领域迫切需要解 决的重要课题。
[0003] 为界定分清电压暂降事故中供用电双方各自的责任以及有效补偿和排除暂降扰 动源，电压暂降源定位近年来受到了电气领域的较多关注。目前国内外不少研究人员在这 方面作了较多有益的探索，但由于受电网结构、负荷动态特性及保护和接地、分布电源接入 等多种因素的影响，电压暂降源定位一直是近年来电能质量研究领域的一个重点和难点。
[0004] 电压暂降源的定位，就是确定引起电压暂降的干扰源位于监测点的哪一侧，从而 界定供用电双方的责任。参照监测点有功潮流的方向，如果暂降干扰源位于有功潮流的流 进方向，称电压暂降源位于监测点的上游；如果暂降干扰源发生在有功潮流的流出方向， 则称电压暂降源位于监测点的下游。监测点一般放置在供用电双的责任分界点。目前电压 暂降源定位计算方法主要有以下几种。A. C. Parsons等首先提出扰动功率和能量法来确定 电压暂降源来自于监测设备的哪一侧，王成山等将此法改进推广到注入系统能量的扰动源 定位，较好完成释放或注入系统能量的多种扰动源定位。章雪萌、徐永海等则利用小波多尺 度分析获得的低频能量变化来定位电压暂降源，改善了噪声和高频谐波的影响。2008年董 新洲等将扰动无功功率和无功量引入到暂降源定位中，使该定位法得到新扩展。该类方法 较大程度上依赖于扰动功率和扰动能量两个量的吻合度，如果由两者得到的结果不匹配， 那定位结果就易出错，且不同特性负荷在电压暂降时的功率响应也不同。另外一种方法基 本是通过类似监测点等效阻抗的实部极性或大小变化来判断暂降源的上、下游位置，包括 系统轨迹斜率、阻抗符号、实部电流等定位法。第三类方法仅基于电压量或者电流量，通过 监测点的电压暂降幅度和相位跳变关系规律分析，考虑由传输线和工业用户内网故障引起 电压暂降的幅度与相位跳变之间轨迹线有不同模式特征，从而确定暂降源的位置，或者是 根据各支路电流变化量来实现暂降源定位。此类方法属于经验方法，很难去评估其可应用 范围。还有另外一种方法是先对电压、电流及阻抗等量进行矢量变换，在变换后矢量基础上 再根据跟前面类似策略建立定位判据，对不平衡暂降源定位起到一定的改善作用。此外，近 年来状态估计技术开始在电能质量领域应用，多元回归定位法首先确定最优监测点，然后 根据监测点数据利用多元回归模型计算出系统所有母线的电压偏差量等，再由此确定电压 暂降源，主要也是基于电压暂降幅度变化定位，但能用于多监测点的全网源定位。
[0005] 随着能源危机及环境问题的日益加剧，近年来分布式发电技术得到了快速发展， 配电系统中分布式电源（DG)的渗透率水平不断提高。DG的引入使得配电系统从传统的放 射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络，配电系统的分析、控制和管理将变得更 加复杂。DG的接入能够在一定程度上改善电网电能质量，能抑制配电网电压暂降幅度和持 续时间；同时，DG的控制和保护策略、接入位置和出力都会对电压暂降产生一定的影响，甚 至本身会导致电压暂降。多个DG的并入将会使配电系统短路电流的大小、流向和分布发生 较大变化，而且包含DG的综合负荷在电压暂降过程中的动态特性十分复杂，导致暂降源可 靠定位变得更加困难，特别是风电、太阳能等DG的出力随自然条件变化随机波动较大，逆 变型DG(IIDG)在暂降故障后的复杂暂态过程等，都给暂降源定位带来很多新实际问题。
[0006] 而且，对已有方法的电压暂降源定位方法都假设暂降过程中上、下游两侧参数不 会同时发生变化，没有对暂降过程中的含DG综合负荷、综合电源参数的动态性、时变性因 素进行考虑，容易造成暂降源方位的误判。另外，在电压暂降源定位中的信号处理中，已有 方法上采用的是稳态正弦信号模型或准稳态的信号处理方法（如傅立叶变换或短时傅立 叶变换），对系统频率等的干扰、信号的时变性和暂态性缺少有效的处理，易引起信号模型 的建模误差和信号处理的算法误差，从而导致相关定位判据参数的偏差，进而造成定位判 据边界附近的定位出错。由于上述两种因素在已有方法中都均未考虑，因此电压暂降源高 精度定位，特别是含DG复杂配电网的电压暂降源定位需要研究新的方法。本发明针对以上 问题提出解决措施，为配电网电压暂降源定位问题带来新的方法，将大大拓其在电能质量 监测与诊断、继电保护等领域的应用。
【发明内容】
[0007] 为解决现有技术中的不足，本发明提供一种含DG复杂配电网的的电压暂降源定 位方法，解决了现有配电网电压暂降源定位方法中未考虑含DG配电网综合负荷/电源参数 的动态、时变性及电压暂降过程中对信号时变性和暂态性缺乏有效处理的问题。
[0008] 为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种含DG复杂配电网的电压暂降 源定位方法，包括步骤：
[0009] 步骤1，利用非线性自适应滤波器对本定位系统的外部电压、电流输入进行自适应 滤波处理，实现测量具有暂态响应能力的电压、电流同步动态相量，动态检测出电压和电流 的时变动态向量模型及参数；
[0010] 步骤2,利用步骤1中得到的电压电流时变动态相量模型及参数，计算出含DG的监 测点下游等效综合负荷和上游等效电源的等效模型及参数，并通过滚动计算完成其参数动 态跟踪估计；
[0011] 步骤3,根据从电压暂降前后过程中的上、下游两侧等效参数变化与监测点电压变 化量之间关系分析，计算出上、下游系统各自引起的电压暂降分量，给出含DG复杂配电网 电压暂降源定位的定量结果，完成电压暂降源定位。
[0012] 前述的一种含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法，其特征是：所述步骤1中具 体计算过程为：非线性自适应滤波器用微分方程（1)表示：
[0013]
【权利要求】
1. 一种含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法，包括步骤： 步骤1，利用非线性自适应滤波器对本定位系统的外部电压、电流输入进行自适应滤波 处理，实现测量具有暂态响应能力的电压、电流同步动态相量，动态检测出电压和电流的时 变动态向量模型及参数； 步骤2,利用步骤1中得到的电压电流时变动态相量模型及参数，计算出含DG的监测点 下游等效综合负荷和上游等效电源的等效模型及参数，并通过滚动计算完成其参数动态跟 踪估计； 步骤3,根据从电压暂降前后过程中的上、下游两侧等效参数变化与监测点电压变化量 之间关系分析，计算出上、下游系统各自引起的电压暂降分量，给出含DG复杂配电网电压 暂降源定位的定量结果，完成电压暂降源定位。
2. 根据权利要求1所述的一种含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法，其特征是：所 述步骤1中具体计算过程为：非线性自适应滤波器用微分方程（1)表示：
式中，x(t)为外部输入电压或电流信号，A(t)为外部输入的基波瞬时幅值估计，Coci为 基波频率，$ (t)为外部输入的瞬时相位，Iq、k2为常系数；公式（1)的特征根 决定了滤波系统的逼近速度，且该系统是稳定的，收敛到唯一确定的AtlSin(coj+ S 〇)邻域 附近周期轨道，邻域的大小是由匕、1^2和8(〇决定；该系统通过对监测电压、电流量进行检 测，实现具有暂态响应能力的电压、电流同步相量及频率测量方法，建立电流和电压的时变 动态相量模型，分别为作K仍，其中I (t)、奶(0分别为t时刻的电流基波瞬时 幅值和相位，U(t)、奶,(0分别为t时刻的电压基波瞬时幅值和相位，并求取这些模型参数， 获得其正弦分量的瞬时幅值、频率和相位。
3. 根据权利要求2所述的一种含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法，其特征是：所 述步骤2中，具体计算过程为： Z' Jt)为包含了分布电源DG阻抗的等效综合时变负荷阻抗，：^c(〇为下游侧分布电 源在监测点等效时变电流源； 所述步骤1中通过非线性自适应滤波器计算出监测点各分析时段的时变动态相量模 型（/⑴Z灿)，C/(〇Z%(〇)及参数值，取t时刻附近的三次连续分析时段Vt2、t3时变动态相 量为(Z1Z(W1Zp1)，（J2Z(W 2々2)和(/3Z(W343)，利用三点法及拟牛顿信赖域算法求解出 监测点上游戴维南等效参数EsZ S，&和下游含DG配电网综合负荷的等效参数Z' 及参数值，其中Es、S分别为监测点上游侧戴维南等效电压源的幅度和相位、Zs为监测点上 游侧等效系统阻抗，Z' ^为包含了下游分布电源DG阻抗的等效综合时变负荷阻抗，:Lc为 下游分布电源DG在监测点的等效时变电流源相量；通过不同t时刻的连续分析滚动计算得 到监测点上、下游的时变等效参数的跟踪。
4. 根据权利要求3所述的一种含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法，其特 征是：所述步骤3中，具体计算过程为：在获得监测点上、下游系统的时变等效参数 Es(t) Z S，Zs(t)，Z，L(t)，L>G⑴后，监测点电压用等式（2)表示：
式中，为监测点上游侧戴维南等效电压源相量，RS、XS分别为监测点上游侧等效系统 阻抗的电阻和电抗，Z' ^为监测点下游侧等效综合负荷阻抗，为下游侧分布电源DG的 等效电流源相量；利用全变分原理，分别计算出由上游系统等效参数变化导致的监测点电 压变化量AUur^P下游系统等效参数变化导致的监测点电压变化量AUd_，根据总电压变化 量A U和A Uup、A Ud_计算出电压暂降的上游权重系数Wup = A Uup/ A U X 100 %、下游权重 系数％。? = A Ud_/ A UX 100%，从而给出了百分比形式的电压暂降源定量定位结果。
5. 根据权利要求4所述的一种含DG复杂配电网的电压暂降源定位方法，其特征是：所 述公式（2)采用独立变量分析法来计算电压暂降源定量定位结果，计算过程如下： 计算出上游系统参数RS，XS，Es Z S以及下游系统负荷参数R' u X' u Im，叫《中 各单个参量造成的电压变化量，其中，和分别为下游分布电源DG的等效电流源幅 度和相位；A%,,分别为上游系统参数Rs，Xs，Es Z S变化造成的电压变化量， A%.分别为下游系统负荷参数R' u X' u ID(；，I变化造成的电压变化 量：由么心^心^心八?^心一^^^?^和总电压变化量^之比以别计算出上述各 单参量变化造成电压暂降的对应权重比例为： wl = AURi / AU, w2 = AUx^ I AU,w3 = AUe^ / AU , >v4 = AUr,l I AU,w5 = AUx，l / AU,, w6 = ^U, / AU,w7 = AUm /At/。 1DG YDG
【文档编号】G01R31/08GK104360235SQ201410665882
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】吕干云 申请人:南京工程学院