基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法与流程

1.本发明属于配电网技术领域，具体涉及一种基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法。


背景技术：

2.随着现代社会的不断发展，现代社会对电力的依赖性日益增强，对供电质量与供电可靠性的要求越来越高，而挂网运行的负荷也呈现复杂化趋势。配变网络的中的功率波动型、冲击型等负荷越来越多，该类负荷的共同特点是持续时间短、短时功率大、功率变化快，形成瞬时冲击，不仅影响配电网的电能质量，还有可能导致配电网过载出现断电的危险。面对冲击功率对配电网带来的威胁，如何平抑冲击功率显得极其重要。
3.如今针对冲击功率平抑的研究大多都注重在采用何种装置平抑冲击功率，例如考虑到超级电容等功率器件的快速响应特征，快速输出功率平抑冲击功率。但是想要顺利解决冲击功率带来的问题，首要问题就是如何检测到冲击功率。而目前关于这一方面的研究较少。
4.随着现代社会的不断发展，用户的负载形式越来越多样化，电网的冲击功率以及脉冲功率问题日益凸显，配网中长期出现冲击功率或脉冲功率会导致输电线路寿命降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法，该方法有利于实时检测冲击功率。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法，包括以下步骤：
7.步骤1、采样负载电流io和负载电压uo；
8.步骤2、利用锁相环测取配电网的电源电压相位ωt；
9.步骤3、以测取的ωt为参考相位，对负载电流io和负载电压uo作dq变换，分别得到i
od
、i
oq
、u
od
、u
oq
；
10.步骤4、将i
od
、i
oq
、u
od
、u
oq
经过滑动窗滤波后得到i
od_l
、i
oq_l
、u
od_l
、u
oq_l
；
11.步骤5、利用i
od_l
、i
oq_l
、u
od_l
、u
oq_l
求得负载有功功率po及负载无功功率qo；
12.步骤6、设定四个临时变量：p
o1
、p
o0
、q
o1
、q
o0
，实时更新步骤5计算所得po及qo，并令p
o1
＝p
o0
，p
o0
＝po，q
o1
＝q
o0
，q
o0
＝qo；
13.步骤7、求得有功功率实时变化值δp＝p
o0-p
go1
，无功功率实时变化值δq＝q
o0-q
go1
；
14.步骤8、设定有功功率阈值pf、无功功率阈值qf，将有功功率实时变化值δp、无功功率实时变化值δq与设定阈值以及平抑冲击功率装置的额定视在功率s
pcs
对比，通过对比结果决定输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
和q
ref
；
15.步骤9、将采用上述检测策略的平抑冲击功率的装置并联在配电网上，实现对电网
中冲击功率的实时监测。
16.进一步地，按如下方法确定输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
和q
ref
：
17.1)当δp《pf且δq《qf时，p
ref
＝0，q
ref
＝0；
18.2)当δp》pf且δq《qf时，q
ref
＝0，若δp《s
pcs
，则p
ref
＝δp，否则p
ref
＝1
×spcs
；
19.3)当δp《pf且δq》qf时，p
ref
＝0，若δq《s
pcs
，则q
ref
＝δq，否则q
ref
＝1
×spcs
；
20.4)当δp》pf且δq》qf时，当δp≥s
pcs
时，p
ref
＝1
×spcs
，q
ref
＝0；当δp＜s
pcs
且时，p
ref
＝δp，q
ref
＝δq；当δp＜s
pcs
且时，p
ref
＝δp，
21.进一步地，该方法用于冲击功率检测，以实现对配电网中出现的冲击功率实时监测，帮助平抑装置实时平抑冲击功率，改善电能质量，防止配电网容量不足。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明针对现代社会对电力的依赖性日益增强，对供电质量与供电可靠性的要求越来越高，配变网络的中的功率波动型、冲击型等负荷越来越多的问题，提出一种基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法，实时检测冲击功率并传递容量分配信号，帮助平抑装置充分发挥作用，提高配电网电能质量，防止配电网出现过载现象。
24.挂网负载愈加复杂，配电网中难以避免出现不平衡现象，而不平衡现象造成功率波动现象，对冲击功率检测造成影响。而本发明提出的检测方法基于滑动窗滤波，滤除不平衡带来的功率波动问题，避免了其对检测精度的影响，保证了检测精度。
25.在检测过程中包含了对实时功率的判断，判断其是否需要平抑装置输出功率，平抑冲击，判断过程中包含了容量自适应分配功能，输送给平抑装置的信号既是针对冲击功率的响应信号，也是控制其出力大小的数据信号，对后续的装置出力的控制过程进行了简化，同时也保障了装置对有功功率的全力补偿，具有更高的经济性。
26.该发明通过滑动窗滤波，规避了不平衡现象对检测精度的影响，检测方便，效果突出，同时容量自适应分配，保障了平抑装置对有功功率的全力补偿，具有较高的实用价值与经济效益。
附图说明
27.图1为本发明实施例中系统采样示意图；
28.图2为本发明实施例中各采样值dq变换示意图；
29.图3为本发明实施例中dq变换后电压电流滑窗滤波流程图；
30.图4为本发明实施例中有功功率及无功功率计算流程图；
31.图5为本发明实施例中有功功率及无功功率实时变化值计算流程图；
32.图6为本发明实施例中无滑动窗滤波，存在不平衡现象时负载功率；
33.图7为本发明实施例中有滑动窗滤波，存在不平衡现象时负载功率；
34.图8为本发明实施例中检测的有功及无功功率变化值都小于阈值的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
35.图9为本发明实施例中无功功率变化值小于阈值，有功功率变化值大于阈值，小于额定视在功率的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
36.图10为本发明实施例中无功功率变化值小于阈值，有功功率变化值大于阈值，大于额定视在功率的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
37.图11为本发明实施例中有功功率变化值小于阈值，无功功率变化值大于阈值，小于额定视在功率的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
38.图12为本发明实施例中有功功率变化值小于阈值，无功功率变化值大于阈值，大于额定视在功率的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
39.图13为本发明实施例中有功功率变化值大于额定视在功率，无功功率变化值大于阈值的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
40.图14为本发明实施例中有功功率变化值小于额定视在功率，无功功率变化值大于阈值，小于装置剩余容量的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图；
41.图15为本发明实施例中有功功率变化值小于额定视在功率，无功功率变化值大于阈值并大于装置剩余容量的情况下负载功率及输送给平抑冲击功率装置的信号图。
具体实施方式
42.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
43.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.本发明针对现代社会对供电质量与供电可靠性的要求越来越高，配变网络的中的功率波动型、冲击型等负荷越来越多的问题，提出一种基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法，通过滑动窗滤波，规避了不平衡现象对检测精度的影响，检测方便，效果突出，同时容量自适应分配，保障了平抑装置对有功功率的全力补偿，具有较高的实用价值与经济效益。
46.在说明具体实施步骤前，先对本实施例所用到的变量做如下说明：
47.(1)io：负载电流
48.(2)uo：负载电压
49.(3)ωt：锁相环测得的配电网输出电压相位
50.(4)u
od
：负载电压变换到正序dq坐标系下(以角频率ω旋转)的d轴分量
51.(5)u
oq
：负载电压变换到正序dq坐标系下(以角频率ω旋转)的q轴分量
52.(6)i
od
：负载电流变换到正序dq坐标系下(以角频率ω旋转)的d轴分量
53.(7)i
oq
：负载电流变换到正序dq坐标系下(以角频率ω旋转)的q轴分量
54.(8)po：负载有功功率
55.(9)qo：负载无功功率
56.(10)p
o1
，p
o0
：临时变量，储存计算所得负载有功功率值
57.(11)q
o1
，q
o0
：临时变量，储存计算所得负载无功功率值
58.(12)δp：有功功率实时变化值
59.(13)δq：无功功率实时变化值
60.(14)pf：有功功率阈值
61.(15)qf：无功功率阈值
62.(16)s
pcs
：平抑冲击功率装置的额定视在功率
63.(17)p
ref
：平抑冲击功率装置输出的有功功率
64.(18)q
ref
：平抑冲击功率装置输出的无功功率
65.本实施例提供了一种基于滑动窗滤波和容量自适应分配的冲击功率检测方法，该方法所针对系统的整体结构如图1所示，配电网向负载输送功率，平抑装置挂网运行。平抑装置采用本方法实时监控负载侧的功率变化，当负载功率发生突变时，本方法检测到功率变换，并根据容量自适应分配，传输信号给平抑装置的输出功率控制模块，平抑装置根据所接收的信号输出相应大小的电流，提供该部分冲击功率，防止配网输出功率发生突变。
66.依靠滑动窗滤波，避免不平衡问题对冲击功率检测精度的影响，在检测过程中对平抑装置的容量进行自适应分配，简化了平抑装置的控制环，实现对冲击功率实时监测。本方法具体包括以下步骤：
67.步骤1、如图1所示，采样负载电流io和负载电压uo；
68.步骤2、如图1所示，利用锁相环测取配电网的电源电压相位ωt；
69.步骤3、如图2所示，以测取的ωt为参考相位，对负载电流io和负载电压uo作dq变换，利用dq变换将负载电流io和负载电压uo变换到以角频率ω旋转的正序dq坐标系上，分别得到i
od
、i
oq
、u
od
、u
oq
；
70.步骤4、如图3所示，将i
od
、i
oq
、u
od
、u
oq
经过滑动窗滤波后得到i
od_l
、i
oq_l
、u
od_l
、u
oq_
l；
71.步骤5、如图4所示，利用i
od_l
、i
oq_l
、u
od_l
、u
oq_l
求得负载有功功率po及负载无功功率qo；
72.步骤6、如图5所示，设定四个临时变量：p
o1
、p
o0
、q
o1
、q
o0
，实时更新步骤5计算所得po及qo，并令p
o1
＝p
o0
，p
o0
＝po，q
o1
＝q
o0
，q
o0
＝qo；
73.步骤7、如图5所示，求得有功功率实时变化值δp＝p
o0-p
go1
，无功功率实时变化值δq＝q
o0-q
go1
；
74.步骤8、设定有功功率阈值pf、无功功率阈值qf，将有功功率实时变化值δp、无功功率实时变化值δq与设定阈值以及平抑冲击功率装置的额定视在功率s
pcs
对比，通过对比结果决定输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
和q
ref
；
75.1)当δp《pf且δq《qf时，p
ref
＝0，q
ref
＝0；
76.2)当δp》pf且δq《qf时，q
ref
＝0，若δp《s
pcs
，则p
ref
＝δp，否则p
ref
＝1
×spcs
；
77.3)当δp《pf且δq》qf时，p
ref
＝0，若δq《s
pcs
，则q
ref
＝δq，否则q
ref
＝1
×spcs
；
78.4)当δp》pf且δq》qf时，当δp≥s
pcs
时，p
ref
＝1
×spcs
，q
ref
＝0；当δp＜s
pcs
且时，p
ref
＝δp，q
ref
＝δq；当δp＜s
pcs
且时，p
ref
＝δp，
79.具体的取值如下表所示：
[0080][0081]
步骤9、将采用上述检测策略的平抑冲击功率的装置并联在配电网上，实现对电网中冲击功率的实时监测，使装置能够充分发挥平抑冲击功率的功能。
[0082]
图6为无滑动窗滤波，存在不平衡现象时负载功率，图7为有滑动窗滤波，存在不平衡现象时负载功率。由图6和图7可以看出，不平衡现象会造成负载功率波动，影响对冲击功率的检测，加入滑动窗滤波后，波动现象消失，增加了检测精度。
[0083]
图8-15为不同工作状况下仿真结果图，上方是输送给平抑冲击功率装置的信号，深色是有功信号p
ref
，浅色是无功信号q
ref
。下方是负载功率，深色是负载有功功率，浅色是负载无功功率。设定有功功率变化阈值为6000，无功功率变化阈值为6000，装置额定视在功率为20000。
[0084]
图8可以看出，负载有功变化值为5000，无功变化值为5000，此时变化值均小于阈值，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝0，q
ref
＝0。
[0085]
图9可以看出，负载有功变化值为15000，无功变化值为5000，此时无功功率变化值小于阈值，有功功率变化值大于阈值，小于额定视在功率，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝15000，q
ref
＝0。
[0086]
图10可以看出，负载有功变化值为25000，无功变化值为5000，此时无功功率变化值小于阈值，有功功率变化值大于阈值，大于额定视在功率，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝20000，q
ref
＝0。
[0087]
图11可以看出，负载有功变化值为5000，无功变化值为15000，此时有功功率变化值小于阈值，无功功率变化值大于阈值，小于额定视在功率，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝0，q
ref
＝15000。
[0088]
图12可以看出，负载有功变化值为5000，无功变化值为25000，此时有功功率变化值小于阈值，无功功率变化值大于阈值，大于额定视在功率，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝0，q
ref
＝20000。
[0089]
图13可以看出，负载有功变化值为25000，无功变化值为15000，此时有功功率变化值大于额定视在功率，无功功率变化值大于阈值，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝20000，q
ref
＝0。
[0090]
图14可以看出，有功变化值为15000，无功变化值为此时有功功率变化值小于额定视在功率，无功功率变化值大于阈值，小于装置剩余容量，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝15000，q
ref
＝12000。
[0091]
图15可以看出，有功变化值为18000，无功变化值为此时有功功率变化值小于额定视在功率，无功功率变化值大于阈值并大于剩余容量，输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
＝18000，
[0092]
上述仿真结果证明了本方法的正确性和可靠性。
[0093]
本方法针对的系统为一个三相配电网，检测是否有功率波动型、冲击型负荷接入电网，当有该类负荷实际接入时对平抑冲击的设备发出信号，平抑配电网中的功率波动。
[0094]
如图1所示，由于无法直接通过采样得到负载的实时有功功率及无功功率，所以需要从负载端实时采样负载电流io，负载电压uo，进一步求得有功功率及无功功率。
[0095]
配网的发展，使配网中不平衡现象越来越多，而不平衡负载会给计算的功率带来二倍频的波动，影响对负载功率的检测。因此需要对采样数据进行处理，既要避免二倍频的影响，又要不影响计算所得的实际功率值。二倍频与工频电压电流频率接近，滤波器容易对其造成干扰，需要采用dq变换，对三相交流量进行处理，得到正序直流量以及负序二倍频，方便后续的滤波。为了dq变换，需要利用锁相环测取配电网的电源电压相位ωt。
[0096]
在得到检测所需的采样量后，如图2所示，利用dq变换将负载电流io和负载电压uo变换到dq坐标系上。以电流为例，转换公式如下：
[0097][0098]
通过上述公式，将负载电流io，负载电压uo转换为i
od
，i
oq
，u
od
，u
oq
。
[0099]
由于经过dq变换后，三相交流采样量转化为正序直流量以及负序二倍频，负序的二倍频波动周期固定，且为正弦波，可通过滑动窗滤波滤除二倍频波动。因此本发明采用滑动窗滤波处理所得的i
od
，i
oq
，u
od
，u
oq
数据。滑动窗滤波就是把连续取得的n个采样值看成一个队列，队列的长度固定为n，每次采样得到一个新数据放到队尾，并丢掉原来队首的一次数据，把队列中的n个数据进行平均运算，就可以获得新的滤波结果。
[0100]
具体的操作流程如图3所示，滑动窗滤波对计算所得的i
od
，i
oq
，u
od
，u
oq
进行处理，滤除不平衡现象带来的二倍频的波动，得到i
od_l
，i
oq_l
，u
od_l
，u
oq_l
。通过该方法，避免了不平衡现象对冲击功率检测的精度影响，防治补偿装置误动作。
[0101]
得到i
od
，i
oq
，u
od
，u
oq
后，便可应用其求得此时的负载有功功率po及负载无功功率qo。具体的操作流程如图4所示。由于配电网的负载越来越复杂，配电网不可避免会出现不平衡现象。而不平衡现象会导致负载的实时功率计算出现二倍频的波动，该波动对冲击功率会造成影响。因此本发明采用滑动窗滤波对计算所得的i
od
，i
oq
，u
od
，u
oq
进行处理，得到iod_l
，i
oq_l
，u
od_l
，u
oq_l
，通过本方法，避免了不平衡现象对冲击功率检测的精度影响，防治补偿装置误动作。在得到i
od_l
，i
oq_l
，u
od_l
，u
oq_l
后，便可计算得到负载有功功率po及负载无功功率qo。计算公式如下所示：
[0102]
po＝u
od_l
×iod_l
+u
oq_l
×ioq_l
[0103]qo
＝u
oq_l
×iod_l-u
od_l
×ioq_l
[0104]
得到实时的负载有功功率po及负载无功功率qo后，通过临时值保存本时段与上时段的功率值，相减后得到实时的功率变化值。
[0105]
为了避免实际工作中系统内存在的干扰带来的影响，针对功率变换值设定阈值，具体阈值大小由实际情况而定。当功率变化值小于阈值时，不认定接入了冲击型负荷，当功率变化值大于阈值时，认为接入冲击功率，传递给平抑装置信号，使其出力，具体出力应考虑到功率变化值与装置的额定视在功率s
pcs
。得到输送给平抑冲击功率装置的信号p
ref
与q
ref
，该信号既传递信号给平抑装置应该出力平抑波动，也传递给平抑装置具体的出力大小，出力有功功率值即p
ref
，无功功率值即q
ref
。
[0106]
具体的取值如下所示：
[0107]
1)当δp(有功功率变化值)《pf(有功功率阈值)且δq(无功功率变化值)《qf(无功功率阈值)时，所得检测信号p
ref
＝0，q
ref
＝0；
[0108]
2)当δp(有功功率变化值)》pf(有功功率阈值)且δq(无功功率变化值)《qf(无功功率阈值)时，所得检测信号q
ref
＝0，若δp(有功功率变化值)《s
pcs
(装置的额定视在功率)，检测信号则p
ref
＝δp，否则检测信号p
ref
＝1
×spcs
；
[0109]
3)当δp(有功功率变化值)《pf(有功功率阈值)且δq(无功功率变化值)》qf(无功功率阈值)时，所得检测信号p
ref
＝0，若δq(无功功率变化值)《s
pcs
(装置的额定视在功率)，则检测信号q
ref
＝δq，否则检测信号q
ref
＝1
×spcs
；
[0110]
4)当δp(有功功率变化值)》pf(有功功率阈值)且δq(无功功率变化值)》qf(无功功率阈值)时，自适应分配应该尽力保证平抑有功功率冲击。当δp(有功功率变化值)≥s
pcs
(装置的额定视在功率)时，所得检测信号p
ref
＝1
×spcs
，q
ref
＝0；当δp(有功功率变化值)＜s
pcs
(装置的额定视在功率)且(装置的额定视在功率)且所得检测信号p
ref
＝δp，q
ref
＝δq；当δp(有功功率变化值)＜s
pcs
(装置的额定视在功率)且时，所得检测信号p
ref
＝δp，
[0111]
该自适应分配以尽力保证有功功率平抑为前提，具有更好的经济性。将所得到信号p
ref
，q
ref
传递给图1中的平抑装置，可以使其按照信号传递的信息出力，最大程度平抑冲击功率。
[0112]
综上所述，在本发明所述的控制策略下，实时检测负载的电压及电流，对采样数据进行处理后得到负载的实时有功功率及无功功率值。通过实时值得到了负载功率的实时变化值。设定容量自适应分配策略，将根据实时变换值的到响应信号，该响应信号既是检测到冲击功率的信号，也是控制平抑冲击功率的装置进行出力的信号，平抑冲击功率既提升了供电质量，也避免配电网过载导致失电的危险。同时容量自适应分配保障平抑装置尽力补
偿有功功率，具有良好的经济性。本方法实用可行，具有较强的工程应用价值，能产生较好的经济效益。
[0113]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。