[发明专利]一种低压用电网安全监测方法

摘要

本发明涉及电网安全，具体涉及一种低压用电网安全监测方法，包括以下步骤：采集低压用电网线路首端的三相暂态电流信号i_A(t)、i_B(t)、i_C(t)和三相暂态电压信号u_A(t)、u_B(t)、u_C(t)，电流信号和电压信号的数据采样频率为10kHz，时间窗为扰动后的一个半周波；将任意两相作为一个回路，形成高阶微分方程；求取步骤二中高阶微分方程系数；利用暂态高阶微分方程系数与稳态等值参数之间的关系求解等值参数；从采集到的三相暂态电流信号和三相暂态电压信号中提取出其中所包含的基频成份等特征。本发明能够以中性线阻抗大小和负荷的实际不平衡度相结合来判断用电网安全是否安全。

主权项

一种低压用电网安全监测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，采集低压用电网线路首端的三相暂态电流信号i_A(t)、i_B(t)、i_C(t)和三相暂态电压信号u_A(t)、u_B(t)、u_C(t)，电流信号和电压信号的数据采样频率为10kHz，时间窗为扰动后的一个半周波；步骤二，将任意两相作为一个回路，形成高阶微分方程$\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{U}_{\mathrm{AB}}{\left(t\right)}^{\left(k\right)}=\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{i}_A{\left(t\right)}^{\left(k\right)}+\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{c}_k{i}_B{\left(t\right)}^{\left(k\right)}$其中参数a₀,a₁,…,a_K和b₀,b₁,…,b_K，a和b为微分方程的待辨识系数，K称为等值阶数，方程中U_AB(t)^(k)是电压小扰动信号U_AB(t)的k阶导数，i_A(t)^(k)、i_B(t)^(k)是电流小扰动信号i_A(t)、i_B(t)的k阶导数，K是负荷模型的等值阶数；步骤三，求取步骤二中高阶微分方程系数；步骤四，利用暂态高阶微分方程系数与稳态等值参数之间的关系求解等值参数，所述暂态高阶微分方程系数与稳态等值参数之间关系如下在K为偶数时，令计算$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$$A_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$$B_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$$C_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{c}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$$C_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{c}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$在K为奇数时，令计算$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$$A_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$$B_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$$C_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{c}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$$C_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{c}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$由此，得出负荷模型的A相稳态等值参数R_Aeq和L_Aeq以及B相稳态等值参数R_Beq和L_Beq：$R_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_1{B}_1+A_0{B}_0}{A_0^2+A_1^2}$$L_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_1{B}_0-A_0{B}_1}{\mathrm{\ω}(A_0^2+A_1^2)}$$R_{\mathrm{Beq}}=\frac{A_1{C}_1+A_0{C}_0}{A_0^2+A_1^2}$$L_{\mathrm{Beq}}=\frac{A_1{C}_0-A_0{C}_1}{\mathrm{\ω}(A_0^2+A_1^2)};$步骤五，从采集到的三相暂态电流信号和三相暂态电压信号中提取出其中所包含的基频成份，并写为正余弦函数的表达式，如下U_Awen＝a₁cosωt+a₂sinωtU_Bwen＝a₃cosωt+a₄sinωtI_Awen＝b₁cosωt+b₂sinωtI_Bwen＝b₃cosωt+b₄sinωtU_Nwen＝c₁cosωt+c₂sinωt；步骤六，用得到的正余弦表达式的系数来表示步骤四中得到的等值阻抗参数，如下c₁＝a₁+R_Ab₁‑ωb₂L_Ac₂＝a₂‑R_Ab₂‑ωb₁L_Ac₁＝a₃+R_Bb₃‑ωb₄L_Bc₂＝a₄+R_Bb₄+ωb₃L_B$L_A=\frac{a_2{b}_1+b_2{c}_1-b_2{a}_1-b_1{c}_2}{\mathrm{\ω}(b_1^2+b_2^2)}$$R_A=\frac{a_2{b}_2-b_2{c}_2+b_1{a}_1-b_1{c}_1}{b_1^2+b_2^2}$$L_B=\frac{a_3{b}_4-b_4{c}_1-b_3{a}_4+b_3{c}_2}{\mathrm{\ω}(b_3^2+b_4^2)};$$R_B=\frac{b_4{c}_2-a_4{b}_4-b_3{a}_3+b_3{c}_1}{b_1^2+b_2^2}$步骤七，利用步骤六中得到的表达式作为约束条件，步骤(4)中计算得到的参数作为初值，进行优化，得到各相等值阻抗精确值；步骤八，通过$\left\{\begin{array}{c}{U}_N=i_O{R}_O+L_O\frac{{\mathrm{di}}_o}{\mathrm{dt}}\\ U_N=U_A-I_A*Z_A\end{array}\right.$计算负荷侧虚拟中性点的漂移电压；步骤九，计算三相负荷不平衡度，与三相负荷大小及虚拟中性点漂移电压一起，表征低压用电网的安全性，电压不平衡度ε_u、电压不平衡度ε_i的计算公式如下：${\mathrm{\ϵ}}_u=\frac{U_2}{U_1}\×100\%$其中：U₁—三相电压的正序分量幅值均方根；U₂—三相电压的负序分量幅值均方根；${\mathrm{\ϵ}}_i=\frac{I_2}{I_1}\×100\%$其中：I₁—三相电流的正序分量幅值均方根；I₂—三相电流的负序分量幅值均方根；I₂—三相电流的负序分量幅值均方根；首先求取三相负荷上的实际压降的正负序分量：$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\•}{U_{1N}}\\ \stackrel{\•}{U_{2N}}\\ {\stackrel{\•}{U}}_{0N}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& a& a^2\\ 1& a^2& a\\ 1& 1& 1\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\•}{U_A}-\stackrel{\•}{U_N}\\ \stackrel{\•}{U_B}-\stackrel{\•}{U_N}\\ \stackrel{\•}{U_C}-\stackrel{\•}{U_N}\end{array}\right]$其中：a＝e^j120°；—三相电压的正、负、零序分量，为利用稳态采样点拟合求出的电压相量，为对应时间求出的虚拟中性点电压相量，继而取正负序幅值求不平衡度ε_uN，ε_u、ε_i的值越大，负荷的不平衡度越大，对用电网的安全运行的威胁越大，电流不平衡度ε_i计算相同的情况下，改进电压不平衡度ε_u的计算，利用前面步骤中得到的实际负荷压降求取不平衡度ε_uN，可信度高。