一种基于功率变化的电容器定向装置及方法

1.本发明属于电容器定向领域，尤其涉及一种基于功率变化的电容器定向装置及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.电容器的投切操作与电网中的无功和电压的分布息息相关，实时监测每个电容器的投切状态有利于了解配网中的无功和电压的分布，为配网的规划提供参考和建议。但是由于电容器就地就近补偿的原则，导致线路上电容器具有数量多、分布零散的特点，导致投切的电容器其所在的位置不易确定。而对每个电容器安装通讯技术的方法是不经济的，且运行维护困难。因此亟待一个方法来确定电容器的相对位置。
4.当前对电容器的定向方法从时域、频域和时频域三个方面进行归类。时域中分为利用电容器投入时的电压电流突变方向来确定电容器相对位置，以及提取电压电流突变大小，采用相对误差来确定投入电容器的位置，但这个方法受噪声影响大，特征提取以及检测比较困难。在频域中，多通过记录电容器投入时产生的幅频特征，采用比较特征相似度的方法来确定电容器的位置。在时频域中，多利用时频分析工具提取小波系数以及扰动能量变化的特征，通过观察扰动能量第一峰的极性确定电容器投切的相对位置。
5.以上研究多基于电容器投入时产生电压电流的暂态扰动来进行定向，而电容器切除时多在开关电流过零点时切除，所以基本不会在电压电流波形中产生明显的暂态，因此上述方法无法应用到电容器切除操作的定向中，且电压电流暂态特征还具有受干扰影响大，不易测量等缺陷。


技术实现要素：

6.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明的第一个方面提供一种基于功率变化的投入电容器定向装置及方法，相比较电压电流暂态特征受干扰影响大、不易测量等缺陷，通过获取电容器投切引起的功率变化特征的电容器定向技术基本不受噪声干扰，且可以实现对电容器切除的定向。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种基于功率变化的投入电容器定向装置，包括：系统等效电源、负载等效电阻、投切开关和电容器，所述系统等效电源和投切开关之间，以及投切开关和负载等效电阻之间分别设置监测点，每个监测点上设置数据获取模块和位置确定模块；
9.所述数据获取模块，其用于分别获取监测点的有功数据和无功数据；
10.所述位置确定模块，其用于分析监测点的有功数据和无功数据的规律，将其与电容器发生投入或切除操作时，监测点的功率变化特点进行比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。
11.进一步地，位置确定模块中，电容器发生投入或切除操作时，监测点的功率变化特点包括：
12.对电容器的上游监测点，满足：|δq1|＞＞|δp1|；
13.对电容器的下游监测点，满足：
14.其中δq1和δp1为电容器发生投入或切除时，电容器上游监测点的无功变化量和有功变化量，δq2和δp2为电容器发生投入或切除时，电容器下游监测点的无功变化量和有功变化量，r
l
、x
l
为负载等效电阻与等效电感。
15.进一步地，位置确定模块中，所述结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置，具体包括：
16.若通过某个监测点获得的无功功率变化量绝对值超过第一阈值，且获得的有功功率与无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则该监测点下游电容器发生投入或切除；
17.若某监测点处得到的无功功率变化量的绝对值小于等于第一阈值，或无功功率变化量的绝对值大于第一阈值，且有功变化量与无功变化量比值的绝对值大于等于第二阈值，此时认为该监测点上游电容器发生了投入或切除。
18.进一步地，所述电容器投入的定向判据包括：当某个监测点获得的无功功率变化量小于第三阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器投入；
19.当某个监测点获得的无功功率变化量小于0且大于第三阈值时，或者无功功率变化量小于第三阈值，但该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器投入。
20.进一步地，所述电容器切除的定向判据包括：
21.当某个监测点获得的无功功率变化量超过第四阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器切除；
22.当某个监测点获得的无功功率变化量大于0且小于第四阈值时，或者无功功率变化量大于第四阈值，而该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器切除。
23.本发明的第二个方面提供一种基于功率变化的电容器定向方法，相比较电压电流暂态特征受干扰影响大、不易测量等缺陷，通过获取电容器投切引起的功率变化特征的电容器定向技术基本不受噪声干扰，且可以实现对电容器切除的定向。
24.一种基于功率变化的电容器定向方法，包括如下步骤：
25.分别获取每个监测点的有功数据和无功数据；
26.基于该有功数据和无功数据，分析每个监测点的功率变化规律，将其与电容器发生投入或切除操作时监测点的功率变化特点进行比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.与现有技术相比，本发明采用的基于无功功率变化，可以基本不受噪声等因素的
干扰，具有稳定性，且现有技术无法实现对电容器切除操作的定向，而本发明可以在实现对电容器投入操作的定向的同时，实现了对电容器切除操作的定向。
29.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.图1是本发明实施例提供的一种基于功率变化的电容器定向装置结构示意图；
32.图2是本发明实施例提供的一种基于功率变化的电容器定向方法流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
34.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.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发明的示例性实施方式。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。
36.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
37.实施例一
38.如图1所示，本实施例提供一种基于功率变化的电容器定向装置，包括：系统等效电源、负载等效电阻、投切开关和电容器，所述系统等效电源和投切开关之间，以及投切开关和负载等效电阻之间分别设置监测点，每个监测点上设置数据获取模块和位置确定模块；
39.所述数据获取模块，其用于分别获取监测点的有功数据和无功数据；
40.所述位置确定模块，其用于分析监测点的有功数据和无功数据的规律，将其与电容器发生投入或切除操作时监测点的功率变化特点进行比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。
41.所述位置确定模块，所述电容器发生投入或切除操作时，监测点的功率变化特点包括：
42.对电容器的上游监测点，满足：|δq1|＞＞|δp1|；
43.对电容器的下游监测点，满足：
44.其中δq1和δp1为电容器发生投入或切除时，电容器上游监测点的无功变化量和
有功变化量，δq2和δp2为电容器发生投入或切除时，电容器下游监测点的无功变化量和有功变化量，r
l
、x
l
为负载等效电阻与等效电感。
45.以图1举例说明，所述系统等效电源和投切开关之间设置第一监测点，所述投切开关和负载等效电阻之间设置第二监测点；
46.所述电容器发生投入或切除操作时，第一监测点和第二监测点的功率变化特点具体包括：
47.当第一监测点和第二监测点的某个监测点处的无功变化量的绝对值|δq|》0.5q
min
时，即可认为无功发生较大变化，其中，q
min
为配网中需要监测的电容器的最小容量；
48.当电容器发生投入或切除操作时，会导致电容器上游第一监测点处，无功功率变化量δq1的绝对值远大于有功功率变化量δp1的绝对值；
49.同时电容器下游第二监测点有功和无功变化满足：
[0050][0051]
其中，r
l
、x
l
为负载等效电阻与等效电感。
[0052]
如图2所示，位置确定模块中，所述结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置，具体包括：
[0053]
若通过某个监测点获得的无功功率变化量绝对值超过第一阈值，且获得的有功功率与无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则该监测点下游电容器发生投入或切除；
[0054]
若某监测点处得到的无功功率变化量的绝对值小于等于第一阈值，或无功功率变化量的绝对值大于第一阈值，且有功变化量与无功变化量比值的绝对值大于等于第二阈值，因此认为该监测点上游电容器发生了投入或切除。
[0055]
需要说明的，在本实施例中，第一阈值为0.5q
min
，第二阈值为0.75,本领域技术人员可以根据具体工况自行设置。
[0056]
本实施例中，优选
[0057]
所述位置确定模块中，所述电容器投入的定向判据包括：
[0058]
当某个监测点获得的无功功率变化量小于第三阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器投入；
[0059]
当某个监测点获得的无功功率变化量小于0且大于第三阈值时，或者无功功率变化量小于第三阈值，但该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器投入。
[0060]
所述电容器切除的定向判据包括：
[0061]
当某个监测点获得的无功功率变化量超过第四阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器切除；
[0062]
当某个监测点获得的无功功率变化量大于0且小于第四阈值时，或者无功功率变
化量大于第四阈值，而该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器切除。
[0063]
当某个监测点未检测到超过阈值的无功变化时，则认为监测点上游电容器投切。
[0064]
需要说明的，在本实施例中，第三阈值为-0.5q
min
，第四阈值为0.5q
min
,本领域技术人员可以根据具体工况自行设置。
[0065]
实施例二
[0066]
本实施例提供一种基于功率变化的投入电容器定向方法，包括如下步骤：
[0067]
步骤1：分别获取每个监测点的有功数据和无功数据；
[0068]
步骤2:基于该有功数据和无功数据，分析每个监测点的功率变化规律；
[0069]
步骤3:将其与电容器发生投入或切除操作时监测点的功率变化特点进行比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。
[0070]
其中，所述电容器发生投入或切除操作时，监测点的功率变化特点包括：
[0071]
对电容器的上游监测点，满足：|δq1|＞＞|δp1|；
[0072]
对电容器的下游监测点，满足：
[0073]
其中δq1和δp1为电容器发生投入或切除时，电容器上游监测点的无功变化量和有功变化量，δq2和δp2为电容器发生投入或切除时，电容器下游监测点的无功变化量和有功变化量，r
l
、x
l
为负载等效电阻与等效电感。
[0074]
本实施例中，优选
[0075]
位置确定模块中，所述结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置，具体包括：
[0076]
若通过某个监测点获得的无功功率变化量绝对值超过第一阈值，且获得的有功功率与无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则该监测点下游电容器发生投入或切除；
[0077]
若某监测点处得到的无功变化量的绝对值小于等于第一阈值，或无功功率变化量的绝对值大于第一阈值，且有功变化量与无功变化量比值的绝对值大于等于第二阈值，因此认为该监测点上游电容器发生了投入或切除。
[0078]
需要说明的，在本实施例中，第一阈值为0.5q
min
，第二阈值为0.75,本领域技术人员可以根据具体工况自行设置。
[0079]
位置确定模块中，所述电容器投入的定向判据包括：
[0080]
当某个监测点获得的无功功率变化量小于第三阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器投入；
[0081]
当某个监测点获得的无功功率变化量小于0且大于第三阈值时，或者无功功率变化量小于第三阈值，但该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器投入。
[0082]
所述电容器切除的定向判据包括：
[0083]
当某个监测点获得的无功功率变化量超过第四阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器切除；
[0084]
当某个监测点获得的无功功率变化量大于0且小于第四阈值时，或者无功功率变化量大于第四阈值，而该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器切除。
[0085]
当某个监测点未检测到超过阈值的无功变化时，则认为监测点上游电容器投切。
[0086]
需要说明的，在本实施例中，第三阈值为-0.5q
min
，第四阈值为0.5q
min
,本领域技术人员可以根据具体工况自行设置。
[0087]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，包括：系统等效电源、负载等效电阻、投切开关和电容器，所述系统等效电源和投切开关之间，以及投切开关和负载等效电阻之间分别设置监测点，每个监测点上设置数据获取模块和位置确定模块；所述数据获取模块，其用于分别获取监测点的有功数据和无功数据；所述位置确定模块，其用于分析监测点的有功数据和无功数据的规律，将其与电容器发生投入或切除操作时监测点的功率变化特点进行比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。2.如权利要求1所述的一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，位置确定模块中，电容器发生投入或切除操作时，监测点的功率变化特点包括：对电容器的上游监测点，满足：|δq1|＞＞|δp1|；对电容器的下游监测点，满足：其中δq1和δp1为电容器发生投入或切除时，电容器上游监测点的无功变化量和有功变化量，δq2和δp2为电容器发生投入或切除时，电容器下游监测点的无功变化量和有功变化量，r
l
、x
l
为负载等效电阻与等效电感。3.如权利要求1所述的一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，位置确定模块中，所述结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置，具体包括：若通过某个监测点获得的无功功率变化量绝对值超过第一阈值，且获得的有功功率与无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则该监测点下游电容器发生投入或切除；若某监测点处得到的无功功率变化量的绝对值小于等于第一阈值，或无功功率变化量的绝对值大于第一阈值，且有功变化量与无功变化量比值的绝对值大于等于第二阈值，因此认为该监测点上游电容器发生了投入或切除。4.如权利要求3所述的一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，所述电容器投入的定向判据包括：当某个监测点获得的无功功率变化量小于第三阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器投入；无功功率变化量小于0且大于第三阈值时，或者无功功率变化量小于第三阈值，但该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器投入。5.如权利要求3所述的一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，所述电容器切除的定向判据包括：当某个监测点获得的无功功率变化量超过第四阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器切除；当某个监测点获得的无功功率变化量大于0且小于第四阈值时，或者无功功率变化量大于第四阈值，而该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器切除。6.一种基于功率变化的电容器定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别获取每个监测点的有功数据和无功数据；基于该有功数据和无功数据，分析每个监测点的功率变化规律，将其与电容器发生投入或切除操作时监测点的功率变化特点进行比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。7.如权利要求6所述的一种基于功率变化的电容器定向方法，其特征在于，所述电容器发生投入或切除操作时，监测点的功率变化特点包括：对电容器的上游监测点，满足：|δq1|＞＞|δp1|；对电容器的下游监测点，满足：其中δq1和δp1为电容器发生投入或切除时，电容器上游监测点的无功变化量和有功变化量，δq2和δp2为电容器发生投入或切除时，电容器下游监测点的无功变化量和有功变化量，r
l
、x
l
为负载等效电阻与等效电感。8.如权利要求6所述的一种基于功率变化的电容器定向方法，其特征在于，所述结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置，具体包括：若通过某个监测点获得的无功功率变化量绝对值超过第一阈值，且获得的有功功率与无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则该监测点下游电容器发生投入或切除；若某监测点处得到的无功功率变化量的绝对值小于等于第一阈值，或无功功率变化量的绝对值大于第一阈值，且有功变化量与无功变化量比值的绝对值大于等于第二阈值，因此认为该监测点上游电容器发生了投入或切除。9.如权利要求8所述的一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，所述电容器投入的定向判据包括：当某个监测点获得的无功功率变化量小于第三阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器投入；当某个监测点获得的无功功率变化量小于0且大于第三阈值时，或者无功功率变化量小于第三阈值，但该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器投入。10.如权利要求8所述的一种基于功率变化的电容器定向装置，其特征在于，所述电容器切除的定向判据包括：当某个监测点获得的无功功率变化量超过第四阈值时，且该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值小于第二阈值，则认为该监测点下游电容器切除；当某个监测点获得的无功功率变化量大于0且小于第四阈值时，或者无功功率变化量大于第四阈值，而该监测点获得的有功功率变化量和无功功率变化量的比值的绝对值大于第二阈值时，则认为该监测点上游电容器切除。

技术总结
本发明属于电容器定向领域，提供了一种基于功率变化的电容器定向装置及方法，其针对电压电流暂态特征还具有受干扰影响大，不易测量等缺陷，包括系统等效电源、负载等效电阻、投切开关和电容器，所述系统等效电源和投切开关之间，以及投切开关和负载等效电阻之间分别设置监测点，每个监测点上设置数据获取模块和位置确定模块；所述数据获取模块，其用于分别获取监测点的有功数据和无功数据；所述位置确定模块，其用于分析监测点的有功数据和无功数据的规律，将其与电容器发生投入或切除操作时监测点功率变化的特点相比较，并结合电容器投入和切除的定向判据，以确定投入或切除的电容器相对监测点的位置。可以实现对电容器切除的定向。向。向。


技术研发人员：朱珂 周振宇
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/6