专利名称：并联电容器组串联电抗率的测量方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电能质量分析领域，特别涉及一种基于谐波监测的变电站并联电容器组串联电抗率的测量方法和系统。
背景技术：
并联电容补偿装置由于容量组合灵活、安装维护简便、投资少等原因而被广泛应用于电力系统。据统计，全国电容装置总容量占容性补偿容量的98%，成为无功电力的主要电源，对于电力系统调相调压、安全稳定运行、改善电能质量和降损节能具有极其重要作用。随着电力事业的迅速发展，电容装置安装投运容量亦迅速增长。同时伴随着整流装置、电气化铁道、电弧炉等非线性负荷的不断增长，电力电子器件的广泛应用，以及高压直流输电系统的陆续投运，使电网受谐波污染日趋严峻。然而电容装置(并联电容补偿装置)是容 性负载，它的接入改变了电网的谐波阻抗特性，在未采取措施或措施不当的情况下，对高次谐波呈放大作用，一旦参数匹配时还会发生谐振，使电容装置和相连电网中邻近电器设备遭受严重损伤甚至烧毁。实践表明，通过串联适当的电抗器，可以有效的防止电容器谐波放大问题。国家标准GB50227 — 95《并联电容器装置设计规范》串联电抗率的设计选择作如下规定“用于抑制谐波，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，宜取4. 5%-6% ;当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，宜取12% ;亦可采用4. 5%-6%与12%两种电抗率。”但在电网的长期运行中发现，由于以下两方面的原因使得并联电容器装置串联的电抗器不能有效的限值电网谐波的放大、防止谐振的发生(I) 一些铁心串联电抗器的铁心工作磁通密度选取过高，使电抗器实际运行中由于铁心饱和而使运行电抗值偏低；带固定电抗器的装置，由于无功补偿的需要或部分电容器故障退出而降容运行，使实际运行电抗率偏小。(2)实际选型时选用电抗器电抗率与设计电抗率不一致。设备选型设计时简单地以电抗器与电容器的额定容量之比来代替电抗率，而实际上电抗率与容量比是成反比变化的，有的在选型时选取容量比用前述计算较大的电抗器，还误以为是增大了电抗率，觉得比以前更能“抑制”谐波了，实际上可能远远地偏离了原设计值。选用电抗器时一定要按照容抗的百分值确定的电抗器的感抗值来选用实际产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种并联电容器组串联电抗率的测量方法和系统，其可以准确快速地确定电容器处于实际运行状态时串联电抗率大小，以保证电容器组的安全可靠运行，投资少，操作方便。本发明的目的通过如下技术方案实现一种并联电容器组串联电抗率的测量方法，包括如下步骤对并联电容器组进行谐波监测；
根据所述谐波监测获得的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值；根据所述各次谐波的电压值、电流值确定电抗率。一种并联电容器组串联电抗率的测量系统，包括电能质量分析仪，用于对并联电容器组进行谐波监测；数据分析�？椋糜诟莸缒苤柿糠治鲆羌嗖獾脑际莼袢「鞔涡巢ǖ牡缪怪怠⒌缌髦担⒔鞔涡巢ǖ牡缪怪�、电流值传输给所述电抗率确定�？椋坏缈孤嗜范？椋糜诟菟龈鞔涡巢ǖ牡缪怪�、电流值确定电抗率。依据上述本发明的方案，通过对并联电容器组的谐波监测，根据获取的原始数据准确快速地确定电容器处于实际运行状态时串联电抗率大小。通过本发明的方案可以准确有效地监测出电容器处于实际运行状态时串联电抗率的大小是否符合设计要求、能否有效 的抑制谐波的放大，保证了电容器组的安全可靠运行，同时，本发明的数据基础是谐波的监测数据，不需要专门的电抗率测量设备，能够最大化地节约投资成本；且本发明可以在系统运行时进行谐波监测，不影响系统的正常运行，其监测结果满足实时性，完整性和精确性的要求。
图I为谐波分析的等效原理图和等效电路图；图2为本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法的实施例的流程示意图；图3为本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法的一个较佳实施例的流程示意图；图4为某电容器组的谐波电压含量频谱图；图5为某电容器组的谐波电流含量频谱图；图6为本发明的并联电容器组串联电抗率的测量系统的实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明进行进一步阐述，但本发明的实施方案不限于此。实施例I本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法是一种基于谐波监测的变电站并联电容器组串联电抗率的测量方法，其谐波分析的等效原理图见图la。在谐波分析中，将高压侧电源置零，经负荷简化可得等效电路如图lb。图中In为n次谐波电流源;Un为n次谐波在母线上的电压；XSn为母线处的等效电源电抗；Xto串联电抗器的基波电抗；XCn电容器的基波电抗。参见图2所示，为本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法的实施例流程示意图，如图2所示，该实施例中的并联电容器组串联电抗率的测量方法，包括如下步骤步骤SlOl :对并联电容器组进行谐波监测，进入步骤S102，一般可以通过电能质量分析仪对并联电容器组的谐波进行监测，电能质量分析仪可以选用福禄克F435或者日置3196等，一般是根据实际需要设置好观测点进行谐波监测；步骤S102 :根据所述谐波监测的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值，进入步骤S103，其中，可以通过一些常用的计算机软件实现对原始数据的分析，进而通过原始数据获取各次谐波的电压值、电流值，一般得到的各次谐波的电压值、电流值是相对含量值；步骤S103 :根据所述各次谐波的电压值、电流值确定电抗率，一般是先根据各次谐波的电压值、电流值计算得出串联电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，再根据串联电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗获得电抗率，获得的电抗率是电容器处于实际运行状态时串联电抗率的大�。涂梢耘卸险飧龅缈孤适欠穹仙杓埔�、能否有效的抑制谐波的放大，保证了电容器组的安全可靠运行。依据上述本发明的方案，通过对并联电容器组的谐波监测获取原始数据，再根据获取的原始数据准确快速地确定电容器处于实际运行状态时串联电抗率大小。通过本发明的方案可以准确有效地监测出电容器处于实际运行状态时串联电抗率的大小是否符合设计要求、能否有效的抑制谐波的放大，保证了电容器组的安全可靠运行。因本发明的数据基础是谐波的监测数据，不需要专门的电抗率测量设备，能够最大化地节约投资成本，同时本发明方案可以在系统运行时进行谐波监测，不影响系统的正常运行，其监测结果满足实时性,完整性和精确性的要求。·为了进一步提高电抗率的准确度，可以考虑采用如下方式方式一在步骤SlOl中对并联电容器组进行谐波监测可以通过每隔预设时间对并联电容器组进行一次谐波监测，连续监测24小时以上，其中，预设时间可以根据实际情况选取，如选3秒，进行24小时长时间的谐波监测可以提高电抗率的精确度；方式二 步骤S102中根据所述谐波监测的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值可以包括步骤读取所述谐波监测的原始数据，剔除所述原始数据中的离散数据；对剔除了离散数据的原始数据进行提炼分析，得到各次谐波电压的95%值、各次谐波电流的95%值，其中95%值，是指一个概率值，如记录了 200次的数据，负责筛选数据的软件会自动去掉200次当中5%的记录的最大值和记录的最小值；上述提高电抗率的准确度的方式可以择其一，也可以结合两种方式，其中，以两种方式结合为佳。在其中一个实施例中，上述的步骤S103可以具体包括步骤根据所述各次谐波的电压值、电流值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型或者根据各次谐波电压的95%值、各次谐波电流的95%值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组，其中，根据所述各次谐波的电压值、电流值确定求解方程组的方式不如根据各次谐波电压的95%值、各次谐波电流的95%值确定求解方程组的方式获得的电抗率准确度高；通过所述方程组得到若干组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，并通过最小二乘法确定最终的电抗率，最小二乘法是现有技术中处理数据的常用方法，在此不予赘述。在其中一个实施例中，上述各次谐波包括2 25次谐波；上述数学分析模型为
Un = L -—)，其中=Un为n次谐波的电压值；Im为流过并联电容器组的n次谐波电 n
流值久为串联电抗器的基波电抗；X。为电容器的基波电抗；n为谐波次数，n=2、3......25 ；
通过所述方程组得到若干组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗具体可以包括步骤通过2次和25次谐波方程联立，3次和24次谐波方程联立，……，m次和27_m次谐波方程联立，......，13次和14次谐波方程联立获得十二组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，
m=2、3......13，这样就可以利用这十二组的电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗再结合最
小二乘法获得最终的电抗率，其中，为了提高电抗率的计算精确度，应尽可能选用多的不同次数的谐波电压、电流，而目前一般的电能质量测量仪均能较精确地测出2到25次谐波，而高于25次的谐波测量往往存在测量精度不高的情况，故一般选择2到25次谐波。在另一个实施例中，和上一个实施例的不同在于，上一个实施例采用
的数学分析模型为，本实施例中采用的数学分析模型为
n
U 95%= 1^a'(nxI -—)，其中=Un95st为n次谐波的电压95%值；Im95st为流过并联电容 n
器组的n次谐波电流95%值为串联电抗器的基波电抗,其他与上一个实施例相同,在此不予赘述。实施例2图3中示出了本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法的一个较佳实施例的流程示意图。依据不同的考虑因素，在具体实现本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法时，可以包含图5中所示步骤的全部，也可以只包含图5中所示的其中一部分步骤，以下就针对图5所示较佳实施例的并联电容器组串联电抗率的测量方法进行详细说明，但本发明具体实施方式
不限于此，该实施例的并联电容器组串联电抗率的测量方法具体包括如下几个步骤步骤S201 :对并联电容器组进行谐波监测，进入步骤S202，监测要求电能质量分析仪要至少能测量出25次的谐波电流值、电压值；监测仪能实现每3秒监测一次谐波电压、谐波电流值，谐波监测时间要求24h以上；步骤S202:读取步骤S201获得的谐波监测数据，在读取数据过程中，为了提高结果的精确度，对每个监测数据是否是离群数据进行判断，并把离群数据剔除，进入步骤S203 ；步骤S203 :确定各次谐波电流的95%值、各次谐波电压的95%值，进入步骤S204 ；由于需要处理的数据量较大，一般可以利用了计算机软件进行谐波监测数据的处理分析，进入步骤S204，如图4、图5所示，是在某次实验中，根据采集到的原始数据获得的各次谐波的95%值频谱图、电流的95%值频谱图，两图的横坐标是谐波次数、纵坐标是百分比；步骤S204 :利用经步骤S202和步骤S203处理后的谐波监测数据及预先设定的电容器谐波分析模型列出求解电容器串联电抗率的方程组，进入步骤S205，根据图Ib的电容器分析等效电路图可列出以下方程组Un95% = /. 95% (JlXL---)( I )
n其中Un95%为n次谐波在母线上的电压95%值；Im95%为流过电容器组n次谐波电流95%值久为串联电抗器的基波电抗；X。为电容器的基波电抗；n为谐波次数，n=2、3……25 ；步骤S205 :求解方程组(1)，进入步骤S206，方程组(I)中一共有24个独立方程，每两个方程可以确定一组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，故方程组可以确定12组互相独立的电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，可以2次和25次谐波方程联立，3次和
24次谐波方程联立，......，m次和27-m次谐波方程联立，......，13次和14次谐波方程联
立求解，这样可以得到12组的电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗。步骤S206 :利用最小二乘法确定最终的电容器组的电抗率值。为了提高计算结果的可靠性，对步骤S205中求解出来的12组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗利用最小二乘法确定最终的电抗率值。实施例3根据上述本发明的并联电容器组串联电抗率的测量方法，本发明还提供一种并联电容器组串联电抗率的测量系统，以下就本发明的并联电容器组串联电抗率的测量系统的具体示例进行详细说明。图6中示出了本发明实施例的并联电容器组串联电抗率的测量系统的结构示意图，该实例的并联电容器组串联电抗率的测量系统包括电能质量分析仪301、 数据分析�？�302、电抗率确定�？�303，其中电能质量分析仪301，用于对并联电容器组进行谐波监测，其中，电能质量分析仪可以选用福禄克F435或者日置3196等，一般是根据实际需要设置好观测点进行谐波监测；数据分析模块302，用于根据电能质量分析仪301监测的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值，并将各次谐波的电压值、电流值传输给所述电抗率确定�？�303，其中，可以通过一些常用的计算机软件实现对原始数据的分析，进而通过原始数据获取各次谐波的电压值、电流值，一般得到的各次谐波的电压值、电流值是相对含量值，如图3、图4所示，是在一次实验中，根据采集到的原始数据获得的各次谐波的电压含量频谱图、电流的含量频谱图；电抗率确定�？�303，用于根据所述各次谐波的电压值、电流值计算电抗率，一般是先根据各次谐波的电压值、电流值计算得出串联电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，再根据串联电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗获得串联电抗率。为了提高电抗率的准确度，可以是电能质量分析仪每隔预设时间对并联电容器组进行一次谐波监测，连续监测24小时以上，其中，预设时间可以根据实际情况选取，如选3秒，进行24小时长时间的谐波监测可以提高电抗率的精确度；为了提高电抗率的准确度，也可以是所述数据分析�？槎寥∷龅缒苤柿糠治鲆羌嗖獾降脑际荩蕹鲈际葜械睦肷⑹荩⒍蕴蕹死肷⑹莸脑际萁刑崃斗治觯玫礁鞔涡巢ǖ缪沟�95%值、各次谐波电流的95%值，其中95%值，是指一个概率值，例如，某次数据采集记录了 200次的数据，负责筛选数据的软件会自动去掉200次当中5%的记录的最大值和记录的最小值。在其中一个实施例中，电抗率确定�？榭梢愿菟龈鞔涡巢ǖ牡缪怪�、电流值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组，并通过所述方程组确定若干组电抗率，利用最小二乘法确定最终的电容器组的电抗率值也可以根据各次谐波电压的95%值、各次谐波电流的95%值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组，并通过所述方程组确定若干组电抗率，利用最小二乘法确定最终的电容器组的电抗率值，其中，采用后者较采用前者获得的电抗率值精确。
在其中一个实施例中，上述各次谐波包括2 25次谐波；上述数学分析模型为
Un =Icn-(HX1 -^)，其中un为n次谐波的电压值；Im为流过并联电容器组的n次谐波电n
流值久为串联电抗器的基波电抗；X。为电容器的基波电抗；n为谐波次数，n=2、3......25 ；
通过所述方程组得到若干组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗具体可以包括步骤所述电抗率确定�？橥ü缈蛊鞯幕ǖ缈�、电容器的基波电抗，这样就可以利用这十二组的电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗再结合最小二乘法获得最终的电抗率，其中，为了提高电抗率的计算精确度，应尽可能选用多的不同次数的谐波电压、电流，而目前一般的电能质量测量仪均能较精确地测出2到25次谐波，而高于25次的谐波测量往往存在测量精度不高的情况，故一般选择2到25次谐波。在另一个实施例中，和上一个实施例的不同在于，上一个实施例采用 的数学分析模型为= Zra ( -1)，本实施例中采用的数学分析模型为
n
Xr
un95% = Icn95% (nXL，其中Un95%为n次谐波的电压95%值；Icn95%为流过并联电容
n
器组的n次谐波电流95%值为串联电抗器的基波电抗,其他与上一个实施例相同,在此不予赘述。本发明的技术方案相对于现有技术具有如下优点和有益效果I)本方案的数据基础是谐波的监测数据，不需要专门的电抗率测量设备，能够最大化地节约投资成本。2)本技术方案可以在系统运行时进行谐波监测，不影响系统的正常运行。通过电能质量分析仪对电容器组进行谐波监测，其监测结果满足实时性，完整性和精确性的要求；3)本方案可以准确有效地监测出电容器处于实际运行状态时串联电抗率的大小是否符合设计要求、能否有效的抑制谐波的放大，其推广应用将保证了电容器组的安全可靠运行，加强了现有电网可靠性。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种并联电容器组串联电抗率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤 对并联电容器组进行谐波监测； 根据所述谐波监测获得的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值； 根据所述各次谐波的电压值、电流值确定电抗率。
2.根据权利要求I所述的并联电容器组串联电抗率的测量方法，其特征在于 所述对并联电容器组进行谐波监测包括步骤每隔预设时间对并联电容器组进行一次谐波监测，并连续监测24小时以上； 或者/和 所述根据所述谐波监测获得的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值包括如下步骤 读取所述原始数据，剔除所述原始数据中的离散数据； 对剔除了离散数据的原始数据进行提炼分析，得到各次谐波电压的95%值、电流的95%值。
3.根据权利要求I或2所述的并联电容器组串联电抗率的测量方法，其特征在于，所述根据所述各次谐波的电压值、电流值确定电抗率包括如下步骤 根据所述各次谐波的电压值、电流值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组，或者，根据各次谐波电压的95%值、各次谐波电流的95%值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组； 通过求解所述方程组得到若干组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，并通过最小二乘法确定最终的电抗率。
4.根据权利要求3所述的并联电容器组串联电抗率的测量方法，其特征在于 所述各次谐波包括2 25次谐波； 所述数学分析模型为
5.根据权利要求3所述的并联电容器组串联电抗率的测量方法，其特征在于 所述各次谐波包括2 25次谐波； 所述数学分析模型为
6.一种并联电容器组串联电抗率的测量系统，其特征在于，包括 电能质量分析仪，用于对并联电容器组进行谐波监测； 数据分析�？椋糜诟莸缒苤柿糠治鲆羌嗖獾脑际莼袢「鞔涡巢ǖ牡缪怪�、电流值，并将各次谐波的电压值、电流值传输给所述电抗率确定�？椋� 电抗率确定模块，用于根据所述各次谐波的电压值、电流值确定电抗率。
7.根据权利要求6所述的并联电容器组串联电抗率的测量系统，其特征在于 所述电能质量分析仪每隔预设时间对并联电容器组进行一次谐波监测，连续监测24小时以上； 或者/和 所述数据分析�？槎寥∷龅缒苤柿糠治鲆羌嗖獾降脑际荩蕹鲈际葜械睦肷⑹荩⒍蕴蕹死肷⑹莸脑际萁刑崃斗治觯玫礁鞔涡巢ǖ缪沟�95%值、各次谐波电流的95%值。
8.根据权利要求6或7所述的并联电容器组串联电抗率的测量系统，其特征在于 所述电抗率确定�？楦菟龈鞔涡巢ǖ牡缪怪�、电流值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组，或者，根据各次谐波电压的95%值、各次谐波电流的95%值以及预先建立的并联电容器组的数学分析模型确定电容器串联电抗率的求解方程组，并通过所述方程组得到若干组电抗器的基波电抗、电容器的基波电抗，通过最小二乘法确定最终的电抗率。
9.根据权利要求8所述的并联电容器组串联电抗率的测量系统，其特征在于 所述各次谐波包括2 25次谐波； 所述数学分析模型为
10.根据权利要求8所述的并联电容器组串联电抗率的测量系统，其特征在于 所述各次谐波包括2 25次谐波； 所述数学分析模型为
全文摘要
本发明公开一种并联电容器组串联电抗率的测量方法和系统，其方法包括步骤对并联电容器组进行谐波监测；根据所述谐波监测获得的原始数据获取各次谐波的电压值、电流值；根据所述各次谐波的电压值、电流值确定电抗率。本发明的数据基础是谐波的监测数据，不需要专门的电抗率测量设备，能够最大化地节约投资成本；且本发明可以在系统运行时进行谐波监测，不影响系统的正常运行，其监测结果满足实时性，完整性和精确性的要求；可以准确有效地监测出电容器处于实际运行状态时串联电抗率的大小是否符合设计要求、能否有效的抑制谐波的放大，其推广应用保证了电容器组的安全可靠运行，加强了现有电网可靠性。
文档编号G01R27/02GK102798758SQ201210324378
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者许中, 陆国俊, 王劲, 叶建斌, 陈雁, 李丝媛, 马智远, 崔晓飞, 易鹭 申请人:广州供电局有限公司
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