专利名称：一种闪变源定向的分形分析方法
技术领域：
本发明涉及一种分析和判断电力系统中造成电压波动从而引起灯光照度不稳的闪变源支路的 方法，属测试技术领域。
技术背景电光源因电压波动造成灯光照度不稳定而弓胞的人眼视感反应称为闪变，闪变通常是由于各 种类型的大功率波动性负荷投运弓l发的。近年来，电力系统中冲击性、非线性负荷所占比翻来 越大，使电网电压产生波动的频率及幅度亦越来越大，严重影响了电网的电能质量。闪变源的定 向，即确定闪变干扰源所在的支路，对明确责任和进行电能质量治理具有重要意义。目前，这方 面的研^X作还比较少，已有的几种分析方法都存在一定的缺陷。一种方法是在电流支路中串入一个已知的电抗，测量在这个电抗上由闪变引起的电压降落。 当系统的短路阻抗已知盼瞎况下，就可以计算同一条母线上不同用户对闪变的贡献量，从而进行 闪变源的识别。由于这种方法需要在原先的网络中串联一系列的电抗，因而在实际中难以操作。禾,闪变功率进行闪变源定向的方法认为对于闪变源支路，电压和电流包络线的相位是相反 的，而对于非闪变源支路，电压和电流的包络线是同相的。由于提取包络线过程中电压电流相位 可能发生变化，导致闪变功率的正负不能准确反应闪变源情况。禾u用郞皆波(供电系统设计运行频率非整数倍频率的电压或电流)功率进行闪变源定向的方法仅适用于由感应电动机或是变频驱动装置弓胞的规贝l偶变，对于由电弧炉等弓胞的频率随机波 动的闪变则无能为力，这是因为电弧炉弓胞的闪变频率成分是随机的。总之，目前对于闪变源还没有找到一种方便、' 、准确的定向方法。 发明内容本发明的目的在于提供一种能够准确、快速识别闪变源所在支路的闪变源定向的分形分析方法。本发明所称问题是以下述技术方案实现的-一禾中闪变源定向的分形分析方法，它首先以一定的采样频率采集各负荷的电压和电流数据，再计算^o:频周期内电压和电流的均方根值，然后分别计算所求出的电压和电流均方根值的分形维数，最后将所得电压均方根值和电流均方根值的分形维数与各自的阈值进行比较，判断各支 路是否存在闪变源。上述闪变源定向的分形分析方法，所述*工频周期内电压和电流均对艮值、分形维数的具 体计算步骤如下a、 以一定的采样频率采集各负荷的电压和电流数据；b、 计算^t工频周期内电压的均方根值t/RMs(W)和电流的均方根值/RMs("):其中，w A是第n个工频周期内第yt点的电压瞬时值，Q是第n个工频周期内第A点的电流瞬时值，^是一个周期内的采样点数；c、分别计算电压均方根值的分形维数&和电流均方根f直的分形维数a :假设在[W + A小寸间内，电压的均方根值"腿s(")和电流的均方根值/腿s(")均有iV个值，分别是(^,t/2,A,C/w)和(A,/2,A,/w)，令5 =主:ei"'.-"'.+i1 ziw,+i乖=i=l- M(5)-"<5 ,5 则电压均方根值、电流均方根值在[M + 区间内的分形维数分别为log，) logM(。1 " 1log(士) log(7)d、判断是否存在闪变源:若某支路凡〉1.93，且A〉2.3，则该支路存在闪变源，否则无闪变源。 上述闪变源定向的分形分析方法，所,样频率为800Hz，所述计算工频周期为0.02s。 本发明以电压均方根值和电流均方根值的分形维数是否大于各自的阈值为判据，只需要采集各负荷的电压和电流数据，就能够方便、+ 、准确地找到电力系统中造成电压波动的闪变源，使闪变危害t,得到及时有效的治理，具有较大的实用价值。
下面结合附图对本发明作进一步详述。 图1为常庄变电站部分负荷接线图； 图2为鹿坡变电站部分负荷接线图；图3为常庄变电站电力机车牵弓l负荷、居民负荷的电压均方根值情况；图4为鹿坡变电站中频炉电压的均方根值情况；图5为鹿坡变电站电弧炉船七期的电压均方根值情况；图6为常庄变电站电力机车牵弓l负荷电流的均方根值情况；图7为常庄变电站居民负荷电流的均方根值情况；图8为鹿坡变电站中频炉电流的均方根值情况；图9为鹿坡变电站电弧炉熔化期电流的均方根值情况；图10为分形维数的计算示例。图中各符号为URMS(t)、电压的均方根值，lRMs(t)、电流的均方根值，Z、时间。 文中所用符号t/RMs(M)是第"个工频周期内电压的均方根值，/RMs(W)是第"个工频周期 内电流的均方根值，W 4是第n个工频周期内第yt点的电压瞬时值，"是第n个工频周期内第A: 点的电流瞬时值，w是一个周期内的采样点数，5计算分形维数的网格宽度，描述了网 格宽度为《时，电压均方根值f/RMS(")在[M + "]区间内的网格数，M(。描述了网格宽度为5 时，电流均方根值/RMs(")在b + A/]区间内的网微，A、电压均对艮值的分形维数，A、 电流均方根值的分形维数。
具体实施方式
闪变产生的根本原因是波动性负荷产生了波动性的电流，波动电流流过系统阻抗时将弓l起电 压降从而产生了特定频率范围内的电压波动。同样为电流剧烈变化的波动性负荷，从统计角度分 析，贝惧有不同的变化规律，如闪变源负荷中的电弧炉、中频炉等电流均方根值波动剧烈，且波 动周期小，而电力机车牵弓l负荷(即电铁负荷)虽然均方根值波动剧烈但是波动周期大，对母线 电压^titM动但不会产生闪变。因此闪变源负荷和非闪变源负荷在均方根特性上有明显的差异，波形的复杂度也不相同。进行闪变源定向的关键是找到闪变源和非闪变源在某^ir征量上的差别。分形是对没有特征长度但具有一定意义下的自相似图形和结构的总称。其 开究X才象是自然界 和非线性系统中出现的不光滑和不规则的几何形体，其分形度量为分形维数。分形维数反映的是 分形集的复杂性，分形集越复杂，分形维数越大。因lt[^f测得的不同负荷的电压和电流数据，首先齡周期计算一次有效值，然后再计算有效 值的分形维数，通过判断电压电流分形维数是否超过规定阈值，就可以正确识别出闪变源支路。下面以河南郑州供电公司上街供电局常庄变电站和鹿坡变电站的部分负荷数据为例对本方法 进行说明，负荷接线图分别如图1和图2。图3 图5分别为不同负荷的电J1A相数据计算出的均方根值波形，图6 图9分另伪不同负荷的 电^1相 计算出的均方根值波形。对^t负荷都以800Hz的采样频率采集了十射中(60s)的数 据。常庄变电站数据采集时间为2008年1月8日14点52分,鹿坡变电站中频炉繊采集时间为1月9日 l点22分。电弧炉船七期数据采集时间为1月9日0点5分。电压电流均方根值的计算方法如下计算^ML频周期内电压的均方根值f/Rj^")和电流的均方根值/RMS("):式中Wm是第n个工频周期内第A点的电压瞬时值，Q是第n个工频周期内第A:点的电流瞬时值，附是一个周期内的采样点数。从图3 图5、图6 图9中可以看出不同的负荷，其电压均方根值和电流均方根H^化情况不同。其中电流均方根itm能反映不同负荷的波动情况电力机车牵引负荷和电弧炉负荷在十分钟内都有剧烈的波动，但是电力机车牵引负荷主要在较大周期内波动，在短时间内幅值的波动很 小，而电弧炉则是在较小周期内波动幅值非常大。居民负荷的波动周期介于两者之间，但是波动 幅值很小。而中频炉波动周期m电弧炉，但是波动幅值比电弧炉小。图IO为分形维数的求取，所示曲线为常庄变电站电力机车牵弓l负荷某一时段的电流均方根值 波形。首先构，长为5的网格或称盒子，然后计算不同5值下，"盒子"与/rms(0相交的个数 ^ Grms )，就是覆盖/rms(,)的网格数(就是盒子的个数，用来度量/rms(0的复杂程度)，当 3 — 0时，A^(/RMs)增长的对数速率即为电力机车牵引负荷电流均方根值的分形维数A 。对于实际系统中计算出来的离散有效值信号/rms")，假设在[^ +A^]时间内有W个值(A,/2,A,/J，令<formula>formula see original document page 8</formula>M(。描述了网格宽度为3时，信号在t, + 区间内的网格数。电流均方根值在, + A^]区间内的分形维数为<formula>formula see original document page 8</formula>电压均方根值在[V + 区间内分形维数的算法与此相同。表l，表2为计算出来的不同负荷电压、电流均方根值的分形维数，以及电压的短时间闪变值^ 。表l母线腿名称分形维数尸st电铁、居民负荷1. 45730. 253941中频炉2. 294543. 26054电弧炉舰期1. 942141. 300371表2^E各电流名称分形维数 电铁 2.09188居民负荷 2.25681 中频J:户 2.49396 电弧炉舰期2.8332计算出的&超标的母线电压，其电压均方根值和维数超过了 1. 93，正好对应的是两个闪变源: 中频炉和电弧炉。电流均方根值分形维数非闪变源没有超过2.3，且电流均方根值的分形维数电弧 炉高于中频炉，高于居民负荷以及电力机车牵弓l负荷。这与理论分析的结果相一致，即计算出的 分形维数越高，电压电流均方根值波动越剧烈且波动周期越小。因此电流均方根值的分形维数可 以描述闪变源和非闪变源之间的差异。此外ffi31仿真数据也表明了对于i^超标的母线电压，其电 压有效值的分形维数同样超过了 1.93。而对于各支路的电流有效值分形维数而言，非闪变源支路 的最大仍不舰2.3。因此可以设定电压均方根值分形维数阈值为1.93，电流均方根值分形维数阈值为2.3[通过 PSCAD (电力系统计穀几辅助设计)仿真软件数据和现场实测数据分析得出的结论，应用在不同的 系统中该阈值可能稍有变化]，认为超出这两个阈值者即为闪变源。可以先判断电压均方根分形维 数是否超出阈值，X寸超出阈值者再进一步对电流均方根值分形维数进行判断，确定闪变干扰源所 在的支路。上述实施例的计算结果表明，本发明提供的闪变源定向方法完全可行，电压、电流均方根值 的分形维数可以描述闪变源和非闪变源之间的差异，先判断电压均方根分形维数是否超出阈值 1.93，对超出阈值者再进一步对电流均方根值分形维数进行判断，是否超出阈值2.3，确定闪变干 扰源所在的支路。
权利要求
1、一种闪变源定向的分形分析方法，其特征是，它首先以一定的采样频率采集各负荷的电压和电流数据，再计算每个工频周期内电压和电流的均方根值，然后分别计算所求出的电压和电流均方根值的分形维数，最后将所得电压均方根值和电流均方根值的分形维数与各自的阈值进行比较，判断各支路是否存在闪变源。
2、 根据权利要求l所述闪变源定向的分形分析方法，其特征是，所述*工频周期内电压和电流均方根值、分形维数的具体计算步骤如下a、 以一定的釆样频率采集各负荷的电压和电流数据；b、 计算4Th工频周期内电压的均方根值f/RMS(")和电流的均方根值/nMS("): =i w hi其中，是第n个工频周期内第t点的电压瞬时值，是第n个工频周期内第A:点的电流 瞬时值，w是一个周期内的采样点数；c、分别计算电压均别艮值的分形维数凡和电流均方根值的分形维数A :假设在[V + M]时间内，电压的均方根值"RMS(")和电流的均方根值/RMS(")均有iV个值，分别是队"<formula>formula see original document page 0</formula>则电压均方根值、电流均方根值在[V + A/]区间内的分形维数分别为<formula>formula see original document page 0</formula>d、判断是否存在闪变源若某支路A〉1.93，且p,>2.3，则该支路存在闪变源，否则无闪变源。
3、根据权利要求1或2所述闪变源定向的分形分析方法，其特征是，戶7f^样频率为800Hz， 所述计算工频周期为O. 02s。
全文摘要
一种闪变源定向的分形分析方法，属测试技术领域，用于解决闪变源定向问题。其技术方案是它首先以一定的采样频率采集各负荷的电压和电流数据，再计算每个工频周期内电压和电流的均方根值，然后分别计算所求出的电压和电流均方根值的分形维数，最后将所得电压均方根值和电流均方根值的分形维数与各自的阈值进行比较，判断各支路是否存在闪变源。本发明以电压均方根值和电流均方根值的分形维数是否大于各自的阈值为判据，只需要采集各负荷的电压和电流数据，就能够方便、快捷、准确地找到电力系统中造成电压波动的闪变源，使闪变危害能够得到及时有效的治理，具有较大的实用价值。
文档编号G01R31/08GK101598760SQ20091007457
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者贾秀芳, 赵成勇, 清 陈 申请人:华北电力大学(保定)