一种电力电容器谐振预警方法与流程

1.本发明涉及谐振监测技术领域，具体地说，涉及一种电力电容器谐振预警方法。


背景技术：

2.近年来，由变频设备和非线性负荷引发的谐波问题日趋严重，配电网谐波谐振的现象时有发生。
3.谐波谐振会产生遍及全网络的过电压或过电磁现象，导致变压器产生高频噪声和振动，严重时会击穿电缆绝缘薄弱点，引发短路，甚至造成大面积停电事故。安装并联电容器组是为了改善功率因数，补偿无功功率，提高电压水平。对于工频，系统的感抗般比容抗小得多，因而不会发生谐振，但当系统中含有谐波分量时，系统阻抗发生变化，在一定的参数配合下，就可能发生谐振，比如串联谐振和并联谐振，其中并联谐振是系统与并联电容器组产生的谐振，它的危害是很大的。其特点是谐振时，等效阻抗对谐波呈现极大的阻抗，公共连接点的谐波电压大幅度增大，会使3次7次或次的谐波电压严重放大，谐波电压超标，电容器组支路的谐波电流大幅度增加，因此可以通过投切电容器判断系统是否存在谐振风险，进而判定谐振风险等级。鉴于此，我们提出了一种电力电容器谐振预警方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电力电容器谐振预警方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种电力电容器谐振预警方法，包括如下步骤：
6.s1、根据母线或电容器支路处的电压互感器获取电容器投切前和投切后母线或电容器支路处的电压数据；
7.s2、设置采样频率和采样时间；
8.s3、根据串抗和电容器阻抗的比值来判断分析谐波放大的频段；
9.s4、针对电容器投入前，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值；
10.s5、针对电容器投入后，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值；
11.s6、根据对比电容器投切前后该频段的thd值比值，判定谐振预警值。
12.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，根据串抗和电容器阻抗的比值来判断分析谐波放大的频段时，先采用电容器投切法来计算串联电抗的阻抗x
l
和电容器的阻抗xc，具体包括如下步骤：
13.s3.1、首先判断系统是否安装串抗，若没有安装串抗，则接下来分析300～800hz频率段的谐波放大情况；若安装了串抗，则继续判断谐振放大的频率段；
14.s3.2、当电容器未投入系统或将电容器退出运行时，测量一个周期的电力电容器
两端的暂态电压u1和暂态电流i1，则有：
15.z1＝u1/i116.其中，z1为串抗的阻抗，即z1＝x
l
；
17.s3.3、将电容器投入运行，再次测量一个周期的电力电容器两端的暂态电压u2和暂态电流i2，满足：
18.z2＝u2/i219.其中，z2为串抗和电容器的阻抗之和，即z2＝x
l-xc；
20.s3.4、根据步骤s3.2和步骤s3.3的z1和z2可得串抗的阻抗为x
l
＝z1，电容器的阻抗为xc＝z
1-z2；
21.s3.5、根据步骤s3.4计算的串抗阻抗和电容器阻抗计算其电抗率w，表达式为w＝x
l
/xc；
22.s3.6、根据步骤s3.5计算的电抗率w，若w＞1％，则接下来分析100～300hz频率段的谐波放大情况；若w＜1％，则接下来分析300～800hz频率段的谐波放大情况。
23.作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，针对电容器投入前，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值，具体包括如下步骤：
24.s4.1、根据步骤s2确定的采样频率和采样时间对步骤s1中获取的电容器投入前的母线或电容器支路的电压信号u1(t)进行数据采样，得到u
12
(t)；
25.s4.2、根据步骤s4.1的电容器投入前的电压采样数据u
12
(t)，对其进行傅里叶分析，得到各次谐波的电压幅值；
26.s4.3、根据步骤s3确定的谐波放大频段，计算电力电容器投入前谐波电压总畸变率thd，其计算表达式为：
[0027][0028]
其中，thd
vi
为电容器投入前谐波电压总畸变率，v
1i
为电容器投入前基波电压幅值，a为电容器投入前根据步骤s3确定的谐波放大频段内的谐波电压平方和；
[0029]
若谐波放大频段为100～300hz，则其中v
pi
为电容器投入前p次谐波电压幅值；
[0030]
若谐波放大频段为300～800hz，则
[0031]
作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，针对电容器投入后，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值，具体包括如下步骤：
[0032]
s5.1、根据步骤s2确定的采样频率和采样时间对步骤1中获取的电容器投入后的母线或电容器支路的电压信号u2(t)进行数据采样，得到u
22
(t)；
[0033]
s5.2、根据步骤s5.1的电容器投入后的电压采样数据u
22
(t)，对其进行傅里叶分析，得到各次谐波的电压幅值；
[0034]
s5.3、根据步骤s3确定的谐波放大频段，计算电力电容器投入后谐波电压总畸变率thd，其计算表达式为：
[0035][0036]
其中，thd
vj
为电容器投入后谐波电压总畸变率，v
1j
为电容器投入后基波电压幅值，b为电容器投入后根据步骤s3确定的谐波放大频段内的谐波电压平方和；
[0037]
若谐波放大频段为100～300hz，则其中v
pj
为电容器投入前p次谐波电压幅值；
[0038]
若谐波放大频段为300～800hz，则
[0039]
作为本技术方案的进一步改进，所述s6中，判定谐振预警值，具体包括如下步骤：
[0040]
s6.1、根据步骤s4计算的电容器投入前的谐波电压总畸变率值thd
vi
和步骤s5计算的电容器投入后的谐波电压总畸变率值thd
vj
，计算放大倍数k，其表达式为k＝thd
vj
/thd
vi
；
[0041]
s6.2、根据放大倍数k来判断谐振预警水平；若放大倍数1.0＜k≤1.3，则判定为低谐振预警值；若放大倍数1.3＜k≤2.0，则判定为中谐振预警值；若放大倍数k＞2.0，则判定为高谐振预警值。
[0042]
本发明的目的之二在于，提供了一种谐振预警平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的电力电容器谐振预警方法的步骤。
[0043]
本发明的目的之三在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的电力电容器谐振预警方法的步骤。
[0044]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0045]
该电力电容器谐振预警方法中，可以根据电力电容器的投切前后电压总畸变率的比值来判断系统谐振的风险水平，其仅需采集母线或电容器支路电压数据，比传统电容器谐振预警方法需要的数据更少，具有更好的适用性。
附图说明
[0046]
图1为本发明中示例性的整体预警方法流程示意图；
[0047]
图2为本发明中示例性的串抗和电容器阻抗计算原理简化图；
[0048]
图3为本发明中示例性的电子计算机平台装置结构图。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
实施例1
[0051]
如图1-2所示，本实施例提供了一种电力电容器谐振预警方法，其为一种仅需采集母线或线路电压数据，再根据电力电容器的投切前后电压总畸变率的比值来判断系统谐振
的风险水平来实现谐振预警的方法，包括如下步骤。
[0052]
s1、根据母线或电容器支路处的电压互感器获取电容器投切前和投切后母线或电容器支路处的电压数据u1(t)和u2(t)。
[0053]
s2、根据母线或电容器支路处所获取的超标电压数据，设置采样频率和采样时间；采样频率不低于12.8khz，采样时间不小于10分钟。
[0054]
s3、根据系统的串抗和电容器阻抗的比值来判断分析谐波放大的频段；先采用电容器投切法来计算串联电抗的阻抗x
l
和电容器的阻抗xc，其原理如图2所示，具体包括：
[0055]
s3.1、首先判断系统是否安装串抗，若没有安装串抗，则接下来分析300～800hz频率段的谐波放大情况；若安装了串抗，则继续判断谐振放大的频率段；
[0056]
s3.2、当电容器未投入系统或将电容器退出运行时，测量一个周期的电力电容器两端的暂态电压u1和暂态电流i1，则有：
[0057]
z1＝u1/i1[0058]
其中，z1为串抗的阻抗，即z1＝x
l
；
[0059]
s3.3、将电容器投入运行，再次测量一个周期的电力电容器两端的暂态电压u2和暂态电流i2，满足：
[0060]
z2＝u2/i2[0061]
其中，z2为串抗和电容器的阻抗之和，即z2＝x
l-xc；
[0062]
s3.4、根据步骤s3.2和步骤s3.3的z1和z2可得串抗的阻抗为x
l
＝z1，电容器的阻抗为xc＝z
1-z2；
[0063]
s3.5、根据步骤s3.4计算的串抗阻抗和电容器阻抗计算其电抗率w，表达式为w＝x
l
/xc；
[0064]
s3.6、根据步骤s3.5计算的电抗率w，若w＞1％，则接下来分析100～300hz频率段的谐波放大情况；若w＜1％，则接下来分析300～800hz频率段的谐波放大情况。
[0065]
s4、针对电容器投入前，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值；
[0066]
本步骤中，计算电容器投入前谐波电压谐波总畸变率值thd的具体方法包括：
[0067]
s4.1、根据步骤s2确定的采样频率和采样时间对步骤s1中获取的电容器投入前的母线或电容器支路的电压信号u1(t)进行数据采样，得到u
12
(t)；
[0068]
s4.2、根据步骤s4.1的电容器投入前的电压采样数据u
12
(t)，对其进行傅里叶分析，得到各次谐波的电压幅值；
[0069]
s4.3、根据步骤s3确定的谐波放大频段，计算电力电容器投入前谐波电压总畸变率thd，其计算表达式为：
[0070][0071]
其中，thd
vi
为电容器投入前谐波电压总畸变率，v
1i
为电容器投入前基波电压幅值，a为电容器投入前根据步骤s3确定的谐波放大频段内的谐波电压平方和；
[0072]
若谐波放大频段为100～300hz，则其中v
pi
为电容器投入前p次谐波电压幅值；
[0073]
若谐波放大频段为300～800hz，则
[0074]
s5、针对电容器投入后，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值；
[0075]
本步骤中，计算电容器投入后谐波电压谐波总畸变率值thd的具体方法包括：
[0076]
s5.1、根据步骤s2确定的采样频率和采样时间对步骤1中获取的电容器投入后的母线或电容器支路的电压信号u2(t)进行数据采样，得到u
22
(t)；
[0077]
s5.2、根据步骤s5.1的电容器投入后的电压采样数据u
22
(t)，对其进行傅里叶分析，得到各次谐波的电压幅值；
[0078]
s5.3、根据步骤s3确定的谐波放大频段，计算电力电容器投入后谐波电压总畸变率thd，其计算表达式为：
[0079][0080]
其中，thd
vj
为电容器投入后谐波电压总畸变率，v
1j
为电容器投入后基波电压幅值，b为电容器投入后根据步骤s3确定的谐波放大频段内的谐波电压平方和；
[0081]
若谐波放大频段为100～300hz，则其中v
pj
为电容器投入前p次谐波电压幅值；
[0082]
若谐波放大频段为300～800hz，则
[0083]
s6、根据对比电容器投切前后该频段的thd值比值，判定谐振预警值；具体包括：
[0084]
s6.1、根据步骤s4计算的电容器投入前的谐波电压总畸变率值thd
vi
和步骤s5计算的电容器投入后的谐波电压总畸变率值thd
vj
，计算放大倍数k，其表达式为k＝thd
vj
/thd
vi
；
[0085]
s6.2、根据放大倍数k来判断谐振预警水平；若放大倍数1.0＜k≤1.3，则判定为低谐振预警值；若放大倍数1.3＜k≤2.0，则判定为中谐振预警值；若放大倍数k＞2.0，则判定为高谐振预警值。
[0086]
如图3所示，本实施例还提供了一种谐振预警平台装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
[0087]
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的电力电容器谐振预警方法的步骤。
[0088]
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
[0089]
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的电力电容器谐振预警方法的步骤。
[0090]
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面电力电容器谐振预警方法的步骤。
[0091]
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤的过程可以通
过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0092]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种电力电容器谐振预警方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、根据母线或电容器支路处的电压互感器获取电容器投切前和投切后母线或电容器支路处的电压数据；s2、设置采样频率和采样时间；s3、根据串抗和电容器阻抗的比值来判断分析谐波放大的频段；s4、针对电容器投入前，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值；s5、针对电容器投入后，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值；s6、根据对比电容器投切前后该频段的thd值比值，判定谐振预警值。2.根据权利要求1所述的电力电容器谐振预警方法，其特征在于，所述s3中，根据串抗和电容器阻抗的比值来判断分析谐波放大的频段时，先采用电容器投切法来计算串联电抗的阻抗x
l
和电容器的阻抗x
c
，具体包括如下步骤：s3.1、首先判断系统是否安装串抗，若没有安装串抗，则接下来分析300～800hz频率段的谐波放大情况；若安装了串抗，则继续判断谐振放大的频率段；s3.2、当电容器未投入系统或将电容器退出运行时，测量一个周期的电力电容器两端的暂态电压u1和暂态电流i1，则有：z1＝u1/i1其中，z1为串抗的阻抗，即z1＝x
l
；s3.3、将电容器投入运行，再次测量一个周期的电力电容器两端的暂态电压u2和暂态电流i2，满足：z2＝u2/i2其中，z2为串抗和电容器的阻抗之和，即z2＝x
l-x
c
；s3.4、根据步骤s3.2和步骤s3.3的z1和z2可得串抗的阻抗为x
l
＝z1，电容器的阻抗为x
c
＝z
1-z2；s3.5、根据步骤s3.4计算的串抗阻抗和电容器阻抗计算其电抗率w，表达式为w＝x
l
/x
c
；s3.6、根据步骤s3.5计算的电抗率w，若w＞1％，则接下来分析100～300hz频率段的谐波放大情况；若w<1％，则接下来分析300～800hz频率段的谐波放大情况。3.根据权利要求2所述的电力电容器谐振预警方法，其特征在于，所述s4中，针对电容器投入前，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值，具体包括如下步骤：s4.1、根据步骤s2确定的采样频率和采样时间对步骤s1中获取的电容器投入前的母线或电容器支路的电压信号u1(t)进行数据采样，得到u
12
(t)；s4.2、根据步骤s4.1的电容器投入前的电压采样数据u
12
(t)，对其进行傅里叶分析，得到各次谐波的电压幅值；s4.3、根据步骤s3确定的谐波放大频段，计算电力电容器投入前谐波电压总畸变率thd，其计算表达式为：
其中，thd
vi
为电容器投入前谐波电压总畸变率，v
1i
为电容器投入前基波电压幅值，a为电容器投入前根据步骤s3确定的谐波放大频段内的谐波电压平方和；若谐波放大频段为100～300hz，则其中v
pi
为电容器投入前p次谐波电压幅值；若谐波放大频段为300～800hz，则4.根据权利要求3所述的电力电容器谐振预警方法，其特征在于，所述s5中，针对电容器投入后，记录所对应频段的谐波电压及计算该频段的谐波电压总畸变率thd值，具体包括如下步骤：s5.1、根据步骤s2确定的采样频率和采样时间对步骤1中获取的电容器投入后的母线或电容器支路的电压信号u2(t)进行数据采样，得到u
22
(t)；s5.2、根据步骤s5.1的电容器投入后的电压采样数据u
22
(t)，对其进行傅里叶分析，得到各次谐波的电压幅值；s5.3、根据步骤s3确定的谐波放大频段，计算电力电容器投入后谐波电压总畸变率thd，其计算表达式为：其中，thd
vj
为电容器投入后谐波电压总畸变率，v
1j
为电容器投入后基波电压幅值，b为电容器投入后根据步骤s3确定的谐波放大频段内的谐波电压平方和；若谐波放大频段为100～300hz，则其中v
pj
为电容器投入前p次谐波电压幅值；若谐波放大频段为300～800hz，则5.根据权利要求4所述的电力电容器谐振预警方法，其特征在于，所述s6中，判定谐振预警值，具体包括如下步骤：s6.1、根据步骤s4计算的电容器投入前的谐波电压总畸变率值thd
vi
和步骤s5计算的电容器投入后的谐波电压总畸变率值thd
vj
，计算放大倍数k，其表达式为k＝thd
vj
/thd
vi
；s6.2、根据放大倍数k来判断谐振预警水平；若放大倍数1.0<k≤1.3，则判定为低谐振预警值；若放大倍数1.3<k≤2.0，则判定为中谐振预警值；若放大倍数k＞2.0，则判定为高谐振预警值。

技术总结
本发明涉及谐振监测技术领域，具体地说，涉及一种电力电容器谐振预警方法。包括：在谐波电压超标的母线或电容器所在的线路上测量电容器投切前后的电压数据；根据投切电容器法测量串联电抗和电容器的阻抗值，并计算电抗率w，若w＞1％，则分析100～300Hz频率段的谐波放大情况；若w＜1％，则分析300～800Hz频率段的谐波放大情况，若没有安装串抗则按w＜1％考虑；计算电容器投入前后的谐波电压总畸变率值及电容器投入前后的放大系数k，若1.0＜k≤1.3，则判定为低谐振预警值；若1.3＜k≤2.0，则判定为中谐振预警值，若k＞2.0，则判定为高谐振预警值。本发明设计仅需采集母线或电容器支路电压数据，比传统电容器谐振预警方法需要的数据更少，具有更好的适用性。具有更好的适用性。具有更好的适用性。


技术研发人员：孔垂锐 段宜 陈凤仙 李靖鑫 文虎标 陈杜海 冯文斐 夏巍 方紫辉 庄原 李双艳 彭密艳 袁杰 缪韫 詹文英
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司曲靖供电局
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/6