CN112415332A - 一种配电网电压暂降检测估计***、方法 - Google Patents

一种配电网电压暂降检测估计***、方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网电压暂降检测估计***、方法，包括微处理器，以及分别与微处理器连接的数据采集模块、故障检测模块、故障报警传输模块和故障定位及电压估计模块，数据采集模块输出信号至故障检测模块以用于将配电网的三相电压信号进行基于信号自回归模型的电压暂降故障发生时刻的确定和电压暂降深度的确定；故障检测模块输出信号至故障报警传输模块。通过设置AR模型进行超前预测的方式，有效解决了有效值法产生的检测延时问题，并且由配电网故障定位及电压估计模块基于残留电压率的线性分布特征，计算电压暂降故障源与上游监测点间的线路阻抗，最终实现对电压暂降故障源的定位，并同时估计全网重要节点电压及电压暂降深度。

Description

一种配电网电压暂降检测估计***、方法
技术领域
本发明涉及配电自动化检测技术领域，具体为一种配电网电压暂降检测估计***、方法。
背景技术
电压暂降是指供电电压在***频率下电压的有效值(RMS)瞬间减小到额定值90％～10％，而且其持续时间一般为半个周波到数秒钟。即使是短时的电压暂降也可能引起***中敏感设备故障或停运情况，造成较大的经济损失。例如，某公司的涤纶生产线，在每年的夏季都会因雷雨造成电压暂降，由电压暂降导致的涤纶生产设备故障或产品不良率极高，全部生产线平均每年的损失高达500万元。因此，明确电能质量扰动的责任人，不仅需要精确的定位来解决相关的经济纠纷，更要准确地识别电压暂降源，才能有效地预防电压暂降情况的发生和改善电能质量。
此外，电压暂降检测的主要任务在于电压幅值、持续时间的检测。考虑到实际电网复杂的工况环境，以及电压暂降发生的随机性和暂态性，同时为保证电压暂降补偿控制装置具有良好、快速的补偿效果，电压暂降检测装置必须实现自适应性、快速准确。目前，针对电压暂降特征量的检测算法有很多，可以分为传统检测算法、基于变换域的检测算法、基于人工智能的检测算法等。常用的传统检测算法有：基波分量法、有效值法、缺损电压法、dq变换法及其改进算法等；基于变换域的检测算法有：短时傅里叶变换法、小波变换法、S变换法等；基于人工智能的检测算法在电压暂降检测中应用的较少，相应算法有：支持向量机算法、反馈神经网络算法等。但是，以上几类算法特点各异，均存在自身的局限性。因此，基于上述问题，本发明公开了一种能有效地定位与辨识电压暂降源的***，在远方***结合多个装置监测信息定位故障点估计全网重要节点电压状况，解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网电压暂降检测估计***、方法，通过设置AR模型进行超前预测的方式，有效解决了有效值法产生的检测延时问题，并且由配电网故障定位及电压估计模块基于残留电压率的线性分布特征，计算电压暂降故障源与上游监测点间的线路阻抗，最终实现对电压暂降故障源的定位，并同时估计全网重要节点电压及电压暂降深度，解决了现有技术中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配电网电压暂降检测估计***，包括：微处理器，以及分别与微处理器连接的数据采集模块、故障检测模块、故障报警传输模块和故障定位及电压估计模块，其中，
所述数据采集模块输出信号至故障检测模块以用于将配电网的三相电压信号进行基于信号自回归模型的电压暂降故障发生时刻的确定和电压暂降深度的确定；
所述故障检测模块输出信号至故障报警传输模块，用于将检测到已发生电压暂降后的配电网三相电压信号进行报警并传输至配电网外部PC机；
所述故障报警传输模块输出信号至故障定位及电压估计模块，用于在接收报警传输处理后对已发生电压暂降后的配电网三相电压信号进行故障源的定位以及配电网网络拓扑参数的检测分析。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计***的改进，所述数据采集模块包括分别与微处理器连接以用于将采集的配电网的三相电压信号转换为数字信号并进行传输的电压互感器输出单元、波形整形单元、锁相环单元、频率测量单元和A/D转换单元。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计***的改进，所述故障检测模块包括分别与微处理器连接以用于对配电网的三相电压信号进行电压暂降检测的控制单元、存储单元和输出显示单元。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计***的改进，所述故障报警传输模块包括复数通讯单元和蜂鸣器报警单元，其中，所述复数通讯单元连接配电网外部PC机以用于将监测到的配电网故障电压幅值和相位进行传输，所述蜂鸣器报警单元连接配电网外部PC机以用于示警。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计***的改进，所述波形整形单元包括OPO7运算放大器、电压比较器LM311和两个反向施密特触发器，其中，所述波形整形单元与电压互感器输出单元，用于将电压互感器输出的配电网三相电压正弦波信号整形为模拟方波信号和数字方波信号。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计***的改进，所述锁相环单元包括CMOS锁相环集成电路CD4046和二进制计数器CD4040，所述锁相环单元连接波形整形单元用于对模拟方波信号和数字方波信号进行锁相环倍频处理，获得倍频信号。
作为对本发明的第二方面，一种配电网电压暂降检测估计方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集配电网三相电压信号；
步骤S2、基于判断故障发生时刻确定和电压暂降深度；
步骤S3、检测到电压暂降后进行报警处理，并将电压暂降故障信息传输至远方PC机；
步骤S4、基于远方PC机上各监测点的残留电压率、配电网网络拓扑参数分析来定位电压暂降故障源位置并估计输出全网重要节点电压及电压暂降深度。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计方法的改进，所述信号自回归模型的电压暂降检测的具体方式为：
步骤S21、首先提取实际的配电网三相电压的采样序列；
步骤S22、然后建立AR模型；
步骤S23、再进行滑动预测；
步骤S24、最后将估计值与实际值作残差曲线以确定配电网三相电压的暂降发生时刻和配电网三相电压的暂降深度。
作为对本发明一种配电网电压暂降检测估计方法的改进，所述电压暂降故障源位置的定位及电压暂降深度的估计方式具体为：
步骤S41、远方PC机获取配电网网络拓扑参数,设置监测点的电压暂降阈值；
步骤S42、微处理器根据AR模型建立的残差曲线判断是否存在扰动，通过滑动有效值法判断配电网三相电压的暂降深度，并计算远方PC上各监测点的残留电压率；
步骤S43、根据电压暂降故障源上游各处的残留电压率到故障点处的线路阻抗呈线性以及电压暂降故障源下游各处的残留电压率与故障点出近似相同，通过线性回归法绘制支路残留电压分布图，确定配电网三相电压暂降源位置并估计配电网重要节点电压及电压暂降深度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过设置AR模型进行超前预测的方式，有效解决了有效值法产生的检测延时问题，并且由配电网故障定位及电压估计模块基于残留电压率的线性分布特征，计算电压暂降故障源与上游监测点间的线路阻抗，最终实现对电压暂降故障源的定位，并同时估计全网重要节点电压及电压暂降深度；
2、本发明能够快速计算出电压暂降深度，并且能够较准确的对电压暂降源进行定位，同时可以估计配电网重要节点电压，具有较强的实用性，实现配电网电压暂降检测及估计***的功能。
附图说明
图1为本发明一种实施例中的整体***原理示意图。
图2为本发明一种实施例中数据采集模块的工作原理图。
图3为本发明一种实施例中故障检测模块的工作原理图。
图4为本发明一种实施例中配电网三相电压暂降故障源定位及电压估计的流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图对本发明作近一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，作为本发明的一实施例，一种配电网电压暂降检测估计***，包括：
微处理器，以及分别与微处理器连接的数据采集模块、故障检测模块、故障报警传输模块和故障定位及电压估计模块，其中，
微处理器的型号为TMS320F2812，内置有基于信号自回归模型的电压暂降检测算法；
数据采集模块输出信号至故障检测模块以用于将配电网的三相电压信号进行基于信号自回归模型的电压暂降故障发生时刻的确定和电压暂降深度的确定；
故障检测模块输出信号至故障报警传输模块，用于将检测到已发生电压暂降后的配电网三相电压信号进行报警并传输至配电网外部PC机；
故障报警传输模块输出信号至故障定位及电压估计模块，用于在接收报警传输处理后对已发生电压暂降后的配电网三相电压信号进行故障源的定位以及配电网网络拓扑参数的检测分析，本发明能够快速计算出电压暂降深度，并且能够较准确的对配电网电压暂降源进行定位，同时可以估计配电网重要节点电压，具有较强的实用性，实现配电网电压暂降检测及估计***的功能。
在本发明的一实施例中，数据采集模块包括分别与微处理器连接以用于将采集的配电网的三相电压信号转换为数字信号并进行传输的电压互感器输出单元、波形整形单元、锁相环单元、频率测量单元和A/D转换单元，电压互感器输出单元中的电压互感器型号为HPT301，其中，如图2所示，波形整形单元包括OPO7运算放大器、电压比较器LM311和两个反向施密特触发器，波形整形单元与电压互感器输出单元，用于将电压互感器输出的配电网三相电压正弦波信号整形为模拟方波信号和数字方波信号，锁相环单元包括CMOS锁相环集成电路CD4046和二进制计数器CD4040，锁相环单元连接波形整形单元用于对模拟方波信号和数字方波信号进行锁相环倍频处理，获得倍频信号，A/D转换单元在倍频信号的触发下用于将模拟方波信号和数字方波信号进行AD转换获得数字信号。
在本发明的一实施例中，故障检测模块包括分别与微处理器连接以用于对配电网的三相电压信号进行电压暂降检测的控制单元、存储单元和输出显示单元，其中，故障检测模块在作业时，如图3所示，通过实际的配电网三相电压采样序列，建立自回归模型AR模型之后进行不断地滑动预测，将估计值与实际值作残差曲线，通过残差曲线的突变确定电压暂降发生时刻。
在本发明的一实施例中，故障报警传输模块包括复数通讯单元和蜂鸣器报警单元，其中，复数通讯单元连接配电网外部PC机以用于将监测到的配电网故障电压幅值和相位进行传输，蜂鸣器报警单元连接配电网外部PC机以用于示警，当故障报警传输模块通过故障检测模块在检测到配电网三相电压暂降故障后，通过通讯单元的RS232通信串口，将监测到的故障电压幅值和相位传输到PC机，并由蜂鸣器报警单元报警。
在本发明的一实施例中，配电网电压暂降检测估计方法具体为：
步骤S1、采集配电网三相电压信号；
步骤S2、基于判断故障发生时刻确定和电压暂降深度，其中，信号自回归模型的电压暂降检测的具体方式为：
步骤S21、首先提取实际的配电网三相电压的采样序列；
步骤S22、然后建立AR模型；
步骤S23、再进行滑动预测；
步骤S24、最后将估计值与实际值作残差曲线以确定配电网三相电压的暂降发生时刻和配电网三相电压的暂降深度；
步骤S3、检测到电压暂降后进行报警处理，并将电压暂降故障信息传输至远方PC机；
步骤S4、基于远方PC机上各监测点的残留电压率、配电网网络拓扑参数分析来定位电压暂降故障源位置并估计输出全网重要节点电压及电压暂降深度，其中，如图4所示，配电网电压暂降故障源位置的定位及配电网电压暂降深度的估计方式具体为：
步骤S41、远方PC机获取配电网网络拓扑参数,设置监测点的电压暂降阈值；
步骤S42、微处理器根据AR模型建立的残差曲线判断是否存在扰动，通过滑动有效值法判断配电网三相电压的暂降深度，并计算远方PC上各监测点的残留电压率；
步骤S43、根据电压暂降故障源上游各处的残留电压率到故障点处的线路阻抗呈线性以及电压暂降故障源下游各处的残留电压率与故障点出近似相同，通过线性回归法绘制支路残留电压分布图，确定配电网三相电压暂降源位置并估计配电网重要节点电压及电压暂降深度，通过设置AR模型进行超前预测的方式，有效解决了有效值法产生的检测延时问题，并且由配电网故障定位及电压估计模块基于残留电压率的线性分布特征，计算电压暂降故障源与上游监测点间的线路阻抗，最终实现对电压暂降故障源的定位，并同时估计全网重要节点电压及电压暂降深度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种配电网电压暂降检测估计***，其特征在于，包括：微处理器，以及分别与微处理器连接的数据采集模块、故障检测模块、故障报警传输模块和故障定位及电压估计模块，其中，
所述数据采集模块输出信号至故障检测模块以用于将配电网的三相电压信号进行基于信号自回归模型的电压暂降故障发生时刻的确定和电压暂降深度的确定；
所述故障检测模块输出信号至故障报警传输模块，用于将检测到已发生电压暂降后的配电网三相电压信号进行报警并传输至配电网外部PC机；
所述故障报警传输模块输出信号至故障定位及电压估计模块，用于在接收报警传输处理后对已发生电压暂降后的配电网三相电压信号进行故障源的定位以及配电网网络拓扑参数的检测分析。
2.根据权利要求1所述的一种配电网电压暂降检测估计***，其特征在于，所述数据采集模块包括分别与微处理器连接以用于将采集的配电网的三相电压信号转换为数字信号并进行传输的电压互感器输出单元、波形整形单元、锁相环单元、频率测量单元和A/D转换单元。
3.根据权利要求1所述的一种配电网电压暂降检测估计***，其特征在于，所述故障检测模块包括分别与微处理器连接以用于对配电网的三相电压信号进行电压暂降检测的控制单元、存储单元和输出显示单元。
4.根据权利要求1所述的一种配电网电压暂降检测估计***，其特征在于，所述故障报警传输模块包括复数通讯单元和蜂鸣器报警单元，其中，所述复数通讯单元连接配电网外部PC机以用于将监测到的配电网故障电压幅值和相位进行传输，所述蜂鸣器报警单元连接配电网外部PC机以用于示警。
5.根据权利要求2所述的一种配电网电压暂降检测估计***，其特征在于，所述波形整形单元包括OPO7运算放大器、电压比较器LM311和两个反向施密特触发器，其中，所述波形整形单元与电压互感器输出单元，用于将电压互感器输出的配电网三相电压正弦波信号整形为模拟方波信号和数字方波信号。
6.根据权利要求2所述的一种配电网电压暂降检测估计***，其特征在于，所述锁相环单元包括CMOS锁相环集成电路CD4046和二进制计数器CD4040，所述锁相环单元连接波形整形单元用于对模拟方波信号和数字方波信号进行锁相环倍频处理，获得倍频信号。
7.一种适用于如权利要求1～6所述***的配电网电压暂降检测估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、采集配电网三相电压信号；
步骤S2、基于判断故障发生时刻确定和电压暂降深度；
步骤S3、检测到电压暂降后进行报警处理，并将电压暂降故障信息传输至远方PC机；
步骤S4、基于远方PC机上各监测点的残留电压率、配电网网络拓扑参数分析来定位电压暂降故障源位置并估计输出全网重要节点电压及电压暂降深度。
8.根据权利要求7所述的一种配电网电压暂降检测估计方法，其特征在于，基于步骤S2，所述信号自回归模型的电压暂降检测的具体方式为：
步骤S21、首先提取实际的配电网三相电压的采样序列；
步骤S22、然后建立AR模型；
步骤S23、再进行滑动预测；
步骤S24、最后将估计值与实际值作残差曲线以确定配电网三相电压的暂降发生时刻和配电网三相电压的暂降深度。
9.根据权利要求7或8所述的一种配电网电压暂降检测估计方法，其特征在于，基于步骤S4，所述电压暂降故障源位置的定位及电压暂降深度的估计方式具体为：
步骤S41、远方PC机获取配电网网络拓扑参数,设置监测点的电压暂降阈值；
步骤S42、微处理器根据AR模型建立的残差曲线判断是否存在扰动，通过滑动有效值法判断配电网三相电压的暂降深度，并计算远方PC上各监测点的残留电压率；
步骤S43、根据电压暂降故障源上游各处的残留电压率到故障点处的线路阻抗呈线性以及电压暂降故障源下游各处的残留电压率与故障点出近似相同，通过线性回归法绘制支路残留电压分布图，确定配电网三相电压暂降源位置并估计配电网重要节点电压及电压暂降深度。
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