一種考慮相位跳變的電壓暫降分類方法
【專利摘要】一種考慮相位跳變的電壓暫降分類方法，包括以下步驟：步驟1：由暫降錄波數據得到三相電壓幅值以及相位角，得到三相相量并作相量圖；步驟2：由步驟1中得到的各相電壓情況得到暫降信息，分別判斷三相電壓是否發生暫降，由得到的電壓相位角分別計算三相相位跳變值；步驟3：利用步驟2得到的暫降信息，根據分類方法得到分類結果。本發明方法應用在電壓暫降分類上，可以解決以往電壓暫降分類方法中忽略相位跳變的缺陷，更符合電力系統的真實情況，針對對相位跳變較敏感的電力設備制定評估標準、抑制措施均有一定的參考價值。
【專利說明】一種考慮相位跳變的電壓暫降分類方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬電能質量分析【技術領域】，特別是涉及考慮相位跳變的電壓暫降分類方 法。
【背景技術】
[0002] 電壓暫降是指由于電力系統短路故障、大型電機啟動、變壓器勵磁涌流等原因造 成的電壓均方根值短時間內突然下降的電能質量事件。
[0003] 進行電壓暫降對敏感設備影響的分析與評估，并采取經濟性能較好的措施減緩電 壓暫降的影響，已成為國內外相關部門研究的重點，而在此之前必須要正確認識電壓暫降 特性，了解電壓暫降類別。以往的研究中，研究人員更加注重于對暫降幅值以及暫降持續時 間的分析。考慮到發生暫降時往往會伴隨著相位跳變，在暫降傳播過程中也會帶來相位跳 變值的變化，并且越來越多的研究表明很多敏感設備會受相位跳變的影響。例如可調速裝 置對相位跳變非常敏感，相位跳變會導致其誤動作；電壓暫降過程中的相位跳變還會使直 流調速裝置中的可控換流器觸發失敗，使交流調速裝置電壓和電流的不對稱性惡化進而可 能導致其過電流保護誤動作。為此，在電壓暫降分析中應考慮相位跳變的影響。
[0004] 引起電壓暫降的重要原因之一是電力系統故障。以往的電壓暫降分類方法根據系 統故障類型、暫降在不同電壓等級之間傳遞規律以及負荷連接方式將電壓暫降分為7類。 但以往分類方法并未將相位跳變考慮在內，這并不符合電力系統的真實情況，以往分類方 法對應于本發明分類方法相位跳變為零時的情況。在電力系統中由于技術以及資金等問 題，使得電能質量監測設備不能普遍應用于所有的節點，如圖1中僅N2節點安裝電能質量 監測設備，因此根據N2節點得到的數據進而得到其他帶有敏感負荷節點的電壓暫降類型 是非常重要的。以往的電壓暫降分類方法忽略相位的跳變，通過類推得到的其他節點（如 NI)暫降類型中不包括相位跳變信息，因此對于對相位跳變較為敏感的負荷的敏感性評估 是非常不準確的。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種考慮相位跳變的電壓暫降分類方法，結合短路故障類 型，在以往分類基礎上將相位跳變考慮在內，提出更一般化的電壓暫降分類方法，旨在應 用在電壓暫降分類上，以解決以往電壓暫降分類方法中忽略相位跳變的缺陷，具體步驟如 下：
[0006] 步驟1:由暫降錄波數據得到三相電壓幅值uA、uB、uc，以及相位角％、價，得到 三相相量fi.,，并作相量圖。
[0007] 步驟2 :由步驟1中獲得的各相電壓情況得到暫降信息：判斷三相電壓是否發生 暫降，若0. 1彡U彡0. 9, U為暫降幅值，則發生電壓暫降；由得到的電壓相位角分別計算三 相相位跳變值PA、PB、P。，相位跳變值計算公式為其中ft為暫降前過零點相位 角，ft為暫降過程中過零點相位角。
[0008] 步驟3 :利用步驟2得到的暫降信息，根據本發明提出的分類方法得到分類結果。
[0009] 其中，步驟2中暫降信息包括：是否發生暫降，暫降幅值U、相位角和相位跳變值 3。幅值U范圍為0彡U彡1，對三相電壓幅值分別采用UA、UB、U。表示；相位角-范圍為 -ISO 4<180++，對三相電壓分別采用％、？％、ft表示；相位跳變值@范圍為-180。彡3 < 180°，對三相電壓分別采用eA、eB、Pc表示。
[0010] 步驟2中判斷是否發生暫降方法如下：
[0011] 記電壓幅值為U，根據美國電氣和電子工程師協會（IEEE)對電壓暫降幅值的定 義：當0. 1彡U彡0. 9時，可認為發生電壓暫降。
[0012] 步驟2中計算相位跳變值方法如下：
[0013] 記％、》為相位角，相位跳變值可由計算暫降前過零點相位角％和暫降過程中過 零點相位角1?的差值得到，定義0為相位跳變值，計算公式為由于暫降過程中 電壓的畸變或振蕩影響，暫降起始位置電壓可能出現頻繁過零現象，致使暫降起始位置電 壓相鄰過零點之間差值的最大值小于〇. 02個周波即4X KT4S,因此計算相位跳變時需要進 行以下步驟判別：
[0014] 子步驟201 :求解暫降過程中電壓過零點時間，將所有的過零點依次編號為ki，其 中i = 1，2......n, n為暫降過程中電壓過零點次數，變量j = 0, 1 ;
[0015] 子步驟202到204 :利用循環判別電壓暫降起始位置是否存在頻繁過零現象，其 中：
[0016] 子步驟202 :變量初始化以及求解暫降起始后第二個過零點與第一個過零點時間 差，設 j = 〇、i = 〇，求解 Ik1，若 Ic2-Ic1 < 4X 10_4,則設 i = 1 ;
[0017] 子步驟203 :判斷第i+1個過零點是否為高頻過零點，求解ki+1-ki，若ki+1-ki < 4X 10_4,則設 i = i+1，否則設 i = i+1、j = 1 ;
[0018] 子步驟204 :判斷j = 1是否成立，若成立則表明找到了第一個非頻繁過零點，進 行子步驟205,否則進行子步驟203 ;
[0019] 子步驟205 :計算相位跳變的暫降過程中過零點相位角％;
[0020] 子步驟206 :計算相位跳變值@，#=? -?
[0021] 步驟3包括如下步驟：
[0022] 子步驟301 :輸入三相暫降信息；A相電壓幅值Ua、相位角仏、相位跳變值PA，B相 電壓幅值U b、相位角％、相位跳變值P B，C相電壓幅值U。、相位角Vfc、相位跳變值3。；
[0023] 子步驟302 :判斷三相電壓是否對稱：判斷Ua = Ub = Uc、以及 ff:=12(T是否均成立，若均成立則為類型A，其由三相短路故障引起；若不成立則進行子步 驟 303 ;
[0024] 子步驟303 :判斷是否僅一相發生暫降：判斷0? 1彡Ua彡0? 9、0. 1彡Ub彡0? 9、 0. I < U。< 0. 9中是否有且僅有一個關系滿足，若滿足前述條件則為類型B，其由單相短路 故障引起；若不滿足則進行子步驟304 ;
[0025] 子步驟304 :判斷其中一相是否無相位跳變：判斷Pa = 0、Pb = 〇、= 〇中是 否有且僅有一個關系成立，若成立則進行子步驟305 ;如不成立則進行子步驟309 ;
[0026] 子步驟305 :判斷無跳變相是否暫降：若子步驟304中Pa = 0成立，則判斷 0. I < Ua < 0. 9是否成立，若均成立則進行子步驟306 ;若不成立則進行子步驟307 ;
[0027] 子步驟306:判斷另兩相是否發生相位跳變：判斷Pb = O或Pc = O是否成立，若 成立則為類型E，其由兩相接地故障引起；若不成立則為類型C，其由兩相短路故障以及類 型B暫降經過類型3變壓器引起；
[0028] 子步驟307 :判斷另兩相相位跳變值是否相等：判斷Pb= P。是否成立，若成立則 進行子步驟308 ;若不成立則為類型C，其來源為類型C暫降經過類型2變壓器引起；
[0029] 子步驟308 :判斷另兩相相位跳變值差是否小于120° :判斷科W+:12(r是否成 立，若成立則為類型F，其為類型E暫降經過類型3變壓器引起；若不成立則為類型G，其為 類型E暫降經過變壓器2得到；
[0030] 子步驟309 :判斷故障相相量差是否平行于虛軸，平行于虛軸：若B、C相為 故障相，則判斷ci/,cos(鳥+18()4 = (^.COSfisr -W.)是否成立，若成立則為類型D，其為類型B暫 降經過類型2變壓器引起；若不成立則進行子步驟310 ;
[0031] 子步驟310 :判斷故障相相位差是否小于120° :判斷&是否成立，若成 立則為類型F，其為類型E暫降經過類型3變壓器引起；若不成立則為類型G，其為類型E暫 降經過變壓器2得到。
[0032] 本發明在現有技術的電壓暫降分類方法基礎上，將相位跳變考慮其中，提出更一 般化的分類方法。本發明的效果在于此分類方法可以適用于存在相位跳變的電壓暫降的分 析，更符合電力系統的真實情況，并便于分析相位跳變對敏感設備的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033] 圖1是網絡拓撲圖
[0034] 圖2是本發明分類方法流程圖
[0035] 圖3是本發明分類方法的分類結果圖
[0036] 圖4是相位跳變計算原理圖 [0037] 圖5是電壓頻繁過零示意圖
[0038] 圖6是相位跳變計算示意圖
[0039] 圖7是分類方法具體實現流程圖
[0040] 圖8是兩相相量差平行于虛軸示意圖
[0041] 圖9是考慮相位跳變的電壓暫降分類方法G類型電壓相量圖
[0042] 圖10是考慮相位跳變的電壓暫降分類方法E類型電壓相量圖
[0043] 圖11是不考慮相位跳變的電壓暫降分類方法E類型電壓相量圖
【具體實施方式】
[0044] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對發明進一步詳 細描述。
[0045] 本發明的技術方案流程圖如圖2所示。基于以往分類方法，本發明將相位跳變考 慮其中的分類方法可歸結為圖3。圖3中涉及的類型2變壓器以及類型3變壓器分別對應 于傳遞矩陣T2以及T3。
[0046] T2 :去掉零序電壓的變壓器，變壓器二次側電壓等于一次側電壓減去零序分量。屬 于該類型的變壓器有單邊或兩邊都不接地的Yy接線變壓器、Dd接線和Dz接線變壓器。其 電壓傳遞矩陣可表示為：
[0047]
【權利要求】
1. 一種考慮相位跳變的電壓暫降分類方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :由暫降錄波數據得到三相電壓幅值UA、UB、Uc，以及相位角Λ、％、外，得到三 相相量匕并作相量圖； 步驟2 :由步驟1中得到的各相電壓情況得到暫降信息，判斷三相電壓是否發生暫降， 若0. 1彡U彡0.9，U為暫降幅值，則發生電壓暫降；由得到的電壓相位角分別計算三相相位 跳變值βΑ、βΒ、β。，相位跳變值計算公式為#=%-?，其中ft為暫降前過零點相位角，《% 為暫降過程中過零點相位角； 步驟3 :利用步驟2得到的暫降信息，根據分類方法得到分類結果。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中計算相位跳變值包括以下步 驟： 子步驟201 :求解暫降過程中電壓過零點時間，將所有的過零點依次編號為匕，其中i = 1,2......η, η為暫降過程中電壓過零點次數，變量j = 0, 1 ; 子步驟202 :變量初始化以及求解暫降起始后第二個過零點與第一個過零點時間差， 設j = 〇、i = 〇，求解，若Ic2-Ii1 < 4X 10_4,則設i = 1，否則進行子步驟203 ; 子步驟203 :判斷第i+Ι個過零點是否為高頻過零點，求解ki+1-ki，若1^+1-1^<4Χ10_ 4， 則設 i = i+1，否則設 i = i+1、j = 1 ;
子步驟204 :判斷j = 1是否成立，若成立則表明找到了第一個非頻繁過零點，進行子 步驟205,否則進行子步驟203 ; 子步驟205 :計算相位跳變的暫降過程中過零點相位角 子步驟206 :計算相位跳變值β，#=% -Λ ?>
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括以下步驟： 子步驟301 :輸入三相暫降信息：A相電壓幅值Ua、相位角A、相位跳變值βΑ，B相電壓 幅值Ub、相位角、相位跳變值β B，C相電壓幅值U。、相位角約、相位跳變值β c ; 子步驟302 :判斷三相電壓是否對稱：判斷隊=Ub = Uc、以及史廠％,=120° 是否均成立，若均成立則為類型A，其由三相短路故障引起；若不成立則進行子步驟303 ; 子步驟303 :判斷是否僅一相發生暫降：判斷0. 1彡Ua彡0.9、0. 1彡Ub彡0.9、 0. I < U。< 0. 9中是否有且僅有一個關系滿足，若滿足前述條件則為類型B，其由單相短路 故障引起；若不滿足則進行子步驟304 ; 子步驟304 :判斷其中一相是否無相位跳變：判斷βΑ = 〇、Pb = 〇、Pc = O中是否有 且僅有一個關系成立，若成立則進行子步驟305 ;如不成立則進行子步驟309 ; 子步驟30 5 :判斷無跳變相是否暫降：若子步驟304中β A = 0成立，則判斷 0. I < Ua < 0. 9是否成立，若均成立則進行子步驟306 ;若不成立則進行子步驟307 ; 子步驟306 :判斷另兩相是否發生相位跳變：判斷β B = 〇或β c = 〇是否成立，若成立 則為類型Ε，其由兩相接地故障引起；若不成立則為類型C，其由兩相短路故障以及類型B暫 降經過類型3變壓器引起； 子步驟307 :判斷另兩相相位跳變值是否相等：判斷βΒ= β。是否成立，若成立則進行 子步驟308 ;若不成立則為類型C，其來源為類型C暫降經過類型2變壓器引起； 子步驟308 :判斷另兩相相位跳變值差是否小于120° :判斷%<120°是否成立，若 成立則為類型F，其為類型E暫降經過類型3變壓器引起；若不成立則為類型G，其為類型E 暫降經過變壓器2得到； 子步驟309 :判斷故障相相量差是否平行于虛軸，平行于虛軸：若B、C相為故障 相，則判斷+180-') = -%.)是否成立，若成立則為類型D，其為類型B暫降經 過類型2變壓器引起；若不成立則進行子步驟310 ; 子步驟310 :判斷故障相相位差是否小于120° :判斷% <120°是否成立，若成立則 為類型F，其為類型E暫降經過類型3變壓器引起；若不成立則為類型G，其為類型E暫降經 過變壓器2得到。
【文檔編號】G01R19/00GK104374988SQ201410663665
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】徐永海, 蘭巧倩, 唐亞迪 申請人:華北電力大學