一种用于电力系统电流质量评估的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电能质量分析领域，尤其设及一种用于电力系统电流质量评估的方 法。
【背景技术】
[0002] 随着时代的进步，电力电子装置在电能变换和并网过程中的作用越来越重要，应 用范围也越来越广，但与此同时，该些非线性器件的使用给电网带来了更为严重的谐波崎 变等电能质量问题；另外，高铁技术等的迅猛发展，电力牵引负荷的单相性也会加剧电网的 S相不平衡。电力系统电能质量的监测、评估和治理是现如今保障电网正常运行不容忽视 的环节。
[0003] 目前我国的电能质量评估体系已初步建成，现有的电能质量评估体系主要是建立 在电压质量评估的基础上。电压质量通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压 波动与闪变、电压暂降（暂升）与中断、电压谐波、电压瞬变现象、电压陷波、欠电压、过电压 等。在目前的电压质量评估过程中，主要研究前六项。但尚未有针对电流参量而进行的评 估。
[0004] Czarnecki提出的电流物理分量理论（CPC理论），被认为是目前最有前景的功率 理论之一。CPC理论在结合实际物理现象的基础上，运用集总、等效等概念，重新定义了非正 弦不平衡条件下的功率量，将传统意义上的功率划分为有功功率、分散功率、无功功率、不 平衡功率和发生功率五种分量，同时电流也被分解为有功电流、分散电流、无功电流、不平 衡电流和发生电流。其中，有功功率和无功功率的概念与传统概念类似，表征了负载的有功 和无功消耗；分散功率一定程度上表征了系统的崎变；不平衡功率为由电源流向负载的各 频次下的负序电流产生的功率，表征了负载的不平衡特征和引起电压的不平衡性；发生功 率体现了负载的非线性效应。
[0005] 本发明正是基于W上背景，在CPC理论的基础上，与电压质量相对应，从电压质量 的评估指标入手，根据电流的特点W及实际需要，发明了一种类似于电压质量评估的电流 质量评估方法，W基于CPC理论的电流分量作为基本参量，来反映电力系统的功率因数、不 平衡W及谐波崎变等状况。
【发明内容】
[0006] 为了对电流质量进行全面的评估，并为电能计量、电能质量评估与治理等提供数 据与理论依据，本发明提出了一种用于电力系统电流质量评估的方法，包括：
[0007] 步骤1 ;在每个频谱分析时间窗内，采集电力系统公共连接点处的电压和电流信 号；
[000引步骤2 ;将采集到的电压和电流信号进行傅里叶分解，得到电压和电流谐波集N和 间谐波集Ni;
[0009] 步骤3 ;根据步骤2所述的电压和电流谐波集N和间谐波集Ni，计算n次谐波和间 谐波的有功功率，nGM，M为系统中所有的谐波与间谐波子集的次数；
[0010] 步骤4 ;根据步骤3所述的n次谐波有功功率的方向，将谐波分为两个子集吨和子 集Nd，间谐波分为两个子集Nic和子集N1D;
[0011] 所述子集吨、Nie分别表示有功功率的方向为从电源到负荷的谐波和间谐波子集， 所述子集Nd、NiD分别表示有功功率的方向为从负荷到电源的谐波和间谐波子集；
[001引步骤5 ;根据步骤4所述的子集N郝子集Nd，将其中的谐波电流子集分为正向谐波 电流子集Nci和负向谐波电流子集NDI，根据步骤4所述的子集Nic和子集NW将其中的间谐 波电流子集分为正向间谐波电流子集Nia和负向间谐波电流子集N1DI;
[001引步骤6 ;根据步骤5所述的负向谐波电流子集Ndi和负向间谐波电流子集N1DI，对应 的电流为发生电流ig，并运用ig对负载引起的电流谐波和间谐波进行评估；
[0014] 步骤7 ;根据步骤5所述的正向谐波电流子集Na和正向间谐波电流子集Nla对其 进行进一步分解；
[0015] 情形1，若电力系统为单相系统，则分解出有功电流、分散电流和无功电流；计算 出系统总电压方均根值V和电流方均根I;由有功电流与设备额定电流Iw的比值计算出设 备利用率，由有功电流与电流方均根I的比值计算出系统运行效率；由系统所要求的电压 变动限值、电压方均根值VW及系统阻抗计算出无功电流变动量与频度；
[0016] 情形2,若电力系统为；相；线制系统，则分解出有功电流、分散电流、无功电流和 不平衡电流；计算出系统总电压方均根值V和电流方均根I;由有功电流与设备额定电流Iw 的比值计算出设备利用率，由有功电流与电流方均根I的比值计算出系统运行效率；由系 统所要求的电压变动限值、电压方均根值VW及系统阻抗计算出无功电流变动量与频度；
[0017] 情形3,若电力系统为S相四线制系统，则分解出有功电流、分散电流、无功电流、 不平衡电流和零序电流；计算出系统总电压方均根值V和电流方均根I;由有功电流与设备 额定电流Iw的比值计算出设备利用率，由有功电流与电流方均根I的比值计算出系统运行 效率；由系统所要求的电压变动限值、电压方均根值VW及系统阻抗计算出无功电流变动 量与频度；
[001引步骤8 ;采集下一时间窗内电力系统公共连接点处的电压和电流信号，按所述步 骤2-7重新计算并更新各电流质量评估指标；
[0019] 步骤9 ;按所述步骤8重复计算14次，当每次计算时间等于200ms时，对得到的各 指标的15个值进行无缝累积，得到3s累积值；
[0020] 步骤10 ;按步骤1-9进行多次计算并更新各电流质量评估指标3s累积值。
[0021] 所述各电流质量评估指标包括经济性评估指标和限制性评估指标；属于经济性评 估指标的有；设备利用率n1，系统运行效率n2,无功电流if，零序电流i。。;属于限制性评估 指标的有：包括不平衡电流iu，无功电流波动量与频度AIf,发生电流ig，分散电流i,，间谐 波电流。
[0022] 所述设备利用率111表征设备被利用W传输有功功率的比率；所述系统运行效率 ri2表征系统在运行中有效传输有功功率的比率；所述无功电流it反映负载消耗的无功功 率和传输无功引起的网络损耗；所述零序电流i。。体现负载的不平衡性和中性线的功率损 耗；所述不平衡电流iu体现负载的不平衡性和引起电压的不平衡性；所述无功电流波动量 与频度AIf反映负荷无功功率变动的严重程度和电压的波动与频度；所述发生电流ig表征 负载引起的电流崎变；所述分散电流表征系统引起的电流崎变；所述间谐波电流表征系 统电流的间谐波含量。
[0023] 本发明的有益效果在于；本发明提出的电流质量评估方法，适用于单相系统、电 源对称的=相=线制或=相四线制系统，通用性强，且指标所对应的物理概念明确，思路清 晰，适用系统的范围较广。
【附图说明】
[0024] 图1为各电流质量评估指标的对应关系图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图，对实施例作详细说明。
[0026] 实施例1 ;单相系统
[0027] 步骤1 ;每个频谱分析时间窗T内，采集系统PCC点的电压V电流信号i;
[002引步骤2 ;将采集到的电压和电流信号进行傅里叶分解，得到电压、电流的波形集， 由于在计算中采取的是10周波的测量窗，因而同时可W获得谐波集N和间谐波集Ni，该里 所需要的为电流的谐波和间谐波子集W及电压的谐波子集；
[0032] 步骤3 ;根据步骤2所述的电压和电流谐波集N，计算n次谐波和间谐波的有功功 率，nGM，M为系统中所有的谐波和间谐波子集的次数；
[00 对
（4)
[0034] 步骤4 ;根据步骤3所述的n次谐波和间谐波下的有功功率方向，将谐波分为子集 吨和子集ND，间谐波分为子集Nie和子集N1D;
[003引Pn〉0,nGNc或Nic;P。<0,nGNd或N1D巧）
[0036] 所述子集N。Nie分别表示有功功率方向为从电源到负荷的谐波和间谐波子集，所 述子集Nd、NiD分别表示有功功率方向为从负荷到电源的谐波和间谐波子集；
[0037] 步骤5 ;根据步骤4所述的子集吨和子集Nd，将其中的谐波电流子集分为子集吨1 和子集Ndi，根据步骤4所述的子集Ni郝子集N。，将其中的间谐波电流子集分为正向间谐波 电流子集Niei和负向间谐波电流子集N1DI;
[003引步骤6 ;根据步骤5所述的负向谐波电流子集Ndi和负向间谐波电流子集N1DI，对应 的电流为发生电流ig，并运用ig对负载引起的电流谐波和间谐波进行评估；
[0039] 步骤7 ;根据步骤5所述的正向谐波电流子集Na和正向间谐波电流子集Nla对其 进行进一步分解；
[0040] 有功电流为
[0046] 所述参量可由下述公式计算得到：
[0047] 负载等效电导为G,=P/Mv|| 2，V。为各频次的电压相量。
[0048] 总电压和电流方均根值为
[0057] 步骤8 ;采集下一时间窗内系统PCC点处的电压和电流信号，按所述步骤2-7重新 计算并更新各电流质量评估指标；
[005引步骤9 ;按所述步骤8重复计算14次，将得到的各指标的15个值进行组合，得到 3s组合值；
[0化9] 所述时间组合采用方均根值的计算方式。对于某个电流分量，假设在需要进行时 间组合的时间段内，计算得到的n个10周波的方均根值为Ii。。，则时间组合后的方均根值I为
[0060]
(14)
[0061] 步骤10 ;按步骤1-9进行多次计算，即可获得各电流质量评估指标的3s计算值。 [006引实施例2 ;;相立线制系统
[006引步骤1 ;每个频谱分析时间窗T内，采集系统PCC点的电压Va、Vb、Vc和电流信号iA、1b、ic;
[0064]步骤2 ;根据步骤1所述的该时间窗内的电压和电流信号，将电压和电流信号进行 傅里叶分解，得到电压、电流的波形集，由于在计算中采取的是10周波的测量窗，因而同时 可W获得谐波集N和间谐波集Ni，该里所需要的为电流的谐波和间谐波子集W及电压的谐 波子集；
[0068] 步骤3 ;根据步骤2所述的电压和电流谐波集N和间谐波集Ni，计算n次谐波和间 谐波有功功率，nGM，M为系统中所有的谐波和间谐波子集的次数；
[0069]
(18)
[0070] 步骤4 ;根据步骤3所述的n次谐波和间谐波下的有功功率方向，将谐波分为子集 吨和子集ND，间谐波分为子集Nie和子集N1D;
[0071] Pn〉〇,nGNc或Nic;P。<〇,nGNd或N1D(19)
[007引所述子集N。Nie分别表示有功功率方向为从电源到负荷的谐波和间谐波子集，所 述子集Nd、NiD分别表示有功功率方向为从负荷到电源的谐波