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配电网电压暂降凹陷域仿真设计 本科毕业设计(论文)GRADUATION DESIGN(THESIS)题 目: 配电网电压暂降凹陷域仿真设计学生姓名:指导教师:学 院: 信息科学与工程学院专业班级:本科生院制配电网电压暂降凹陷域仿真设计 2016年 5月配电网电压暂降凹陷域仿真设计 配电网电压暂降凹陷域仿真设计摘要本设计是配电网电压暂降凹陷域仿真设计。随着敏感型设备的大量应用,用户对电能质量的要求越来越高,如何能提供稳定、优质的电能成为配电系统亟需解决的一个问题,电压暂降作为一种日益受到人们广泛重视的电能质量问题之一日益受到人们的广泛重视。人们对于电压暂降的研究主要集中在电压暂降标准的制定、电压暂降的检测以及凹陷域问题等,本文将从电压暂降的检测问题和凹陷域问题两方面展开。对于电压暂降问题的检测,本文在对比大量电压暂降检测方法的基础之上,对比每一种电压暂降特征量检测方法的优缺点,并找出本人认为最简单、运算速度最快的方法,即瞬时电压 d-q 变换法,并且在计入谐波等扰动因素影响的条件下计算输出结果,考察该方法的精确性。对于凹陷域的分析,本文主要考虑到配电网结构日益复杂、逐渐变得庞大的发展趋势,选取了目前比较主流的故障点法、临界距离法和小波变换法等方法,对比这些方法的应用范围和简单性、快速性等问题,结合实际,最终选择故障点法作为本文的凹陷域分析方法。最后,在已选取电压暂降特征量提取方法和凹陷域分析方法的基础之上,本文还对这些方法使用 Matlab/Simulink 进行必要的仿真,以进一步验证所选取的方法的快速性、精确性等优点。关键词:电压暂降 凹陷域 特征量 d-q 瞬时电压法 故障点法 仿真配电网电压暂降凹陷域仿真设计 ISimulation Design of Voltage Sag Depressed Area in Distribution NetworkABSTRACTThis design is the simulation design of voltage sag sag in distribution network.With a large number of sensitive equipment applications, the users demand for power quality is getting higher and higher, how to provide a stable, high quality power distribution system to become a problem to be solved. voltage sag has been paid more attention. The research of voltage sag is mainly focused on the formulation of the voltage sag standard, the detection of voltage sag and the problem of the sag domain.This paper will start from two aspects:the detection problem of voltage sag and the problem of depression.For voltage sag detection. In this paper, based on reading lots of papers, comparing each kind of voltage sag characteristics detection method, and find out I think the easiest, fastest method, namely the instantaneous d-q transform method, and included in the harmonic perturbation factors to calculate the output results, the effects of the accuracy of the method. For sag domain analysis. considering the structure of the distribution network are becoming more complicated, I select the currently comparison of method of the mainstream of the fault point method, critical distance method and wavelet transform method,application scope of these methods were compared and simplicity, fast speed of problem, combined with the actual, final choice method of fault as the sag domain analysis method. Finally, This paper also simulate using matlab/simulink to validate the former conclusion.Key words: Voltage sags Sag depressed area Characteristic quantity D-q instantaneous voltage method Fault point method Simulation配电网电压暂降凹陷域仿真设计 II目录第 1 章 绪论 .11.1 研究背景和意义 .11.1.1 研究背景 .11.1.2 研究意义 .21.2 国内外研究现状 .21.2.1 电压暂降特征量提取方法研究现状 .21.2.2 电压暂降凹陷域分析方法研究现状 .31.2.3 对配电网电压暂降凹陷域分析仿真研究现状 .51.3 本文内容和章节安排 .5第 2 章 电压暂降特征量提取方法分析与方案选取 .72.1 电压暂降特征量提取方法原理分析 .72.2 电压暂降特征量提取方法分析 .82.2.1 电压暂降幅值 .82.2.2 电压暂降相位跳变 .92.2.3 电压暂降持续时间 .112.3 电压暂降特征量提取方法方案选取 .122.4 本章小结 .14第 3 章 凹陷域求取方法分析与方案选取 .153.1 凹陷域求解原理分析 .153.2 对凹陷域分析方法对比 .163.2.1 经典临界距离法 .163.2.2 经典故障点法 .183.3 凹陷域分析方法方案选取 .183.4 本章小结 .21第 4 章 电压暂降凹陷域仿真设计 .23配电网电压暂降凹陷域仿真设计 III4.1 电压暂降凹陷域仿真设计原理分析 .234.2 电压暂降特征量提取方法仿真 .244.3 凹陷域分析方法仿真 .274.4 本章小结 .29第 5 章 结论 .30致谢 .31参考文献 .32配电网电压暂降凹陷域仿真设计 第 0 页 共 41 页第 1章 绪论1.1 研究背景和意义1.1.1 研究背景随着我国经济的高速发展,工业生产产值占 GDP 的占比日益加大,同时伴随着产能过剩的严峻挑战,未来我国的工业生产势必必须从生产粗狂型、低附加型、劳动密集型、能耗过大型、严重破坏生态型向创新驱动型、环境友好型、资源节约型等方面转变,自动化技术势必会大量地应用到工业生产当中去,以自动化技术为代表,还有如工业机器人、工业控制计算机等大量敏感型设备的使用越来越广泛。电能作为一种驱动生产机械的动力,其质量的优劣势必会影响到生产效率和产品的质量,当电能质量指标,如电压幅值、频率等指标满足不了需要时,会干扰设备的正常运行,严重时甚至会造成生产停滞。电压暂降作为一种严重威胁到敏感型负荷正常工作的电能质量问题之一,日益受到人们的重视。电压暂降给工业生产中带来的损失无疑是巨大的。西方国家进行了一项调查1 。主题为“电压暂降给工业生产过程中带来的损失”,其结果如下:一次电压暂降而迫使某条生产线重新启动大约需花费 52000 美元;电压暂降导致某个玻璃生产厂生产暂停,造成了约 20 余万美元的损失。同时,随着电网结构的日益复杂和变得更加庞大,如何能够确定电压暂降区域,也即凹陷域,以减少人们损失,是人们关注的一个要点。我们可以预测,随着更多的敏感型设备应用到工业生产过程当中,电压暂降造成的损失势必会扩大,对电压暂降问题的研究日益成为人们研究的一个方向。人们对电压暂降的研究方向在文献2有介绍。普遍来说,人们对于电压暂降问题的研究主要集中在电压暂降的标准、电压暂降监测、电压暂降随机预估、凹陷域问题的研究、电压暂降的抑制等方面。电压暂降检测包括对电压暂降特征量比如电压暂降幅值、相位跳变和持续时间等的提取与分析;凹陷域问题的研究主要包括绘制电压暂降范围,以有助于隔离电压暂降故障区域,减少电压暂降影响范围。由于配电网结构千差万别,比如辐射状配电网和大型网状配电网等;总线数目众多,一个比较复杂的配电网络的总线数目少则有几十个,甚至有上百个总线节点;而且,为了能够充分保配电网电压暂降凹陷域仿真设计 第 1 页 共 41 页证用户的用电安全,还有单环环状配电网、双环状配电网等。有如此之多差异性的配电网一定会给人们对于电压暂降问题的研究带来挑战。由于电压暂降问题是非常短暂性的电能质量问题,它具有持续时间短、暂态特征明显等特点,势必会对电压暂降分析方法有着比较高的要求,诸如要求实时性好,精度高、分析计算简单等要求。如何能够找到一种应用范围广、精度高、运算速度高、计算简单的电压暂降分析方法日益受到人们的关注。文献3做出预测。在未来开发一款能够实时监测电压暂降特征量并能描绘出凹陷域将是一种趋势。1.1.2 研究意义由于电压暂降问题逐渐威胁到工业生产的正常进行,并因此受到人们的普遍关注,所以对于电压暂降问题的研究具有极大的现实研究意义。总的说来,对于电压暂降为题的研究具有极大的经济效益、实用价值和理论意义。下面将按这样的分类做一个简要介绍。(1)经济效益:如果能够及时发现配电网出现电压暂降,可以提早做出及启动保护动作等措施,借此来减少电压暂降对生产生活的损失。(2)实用价值:随着敏感型负荷大量的大量应用,对于电压暂降的监测方法的需求越来越强烈。所以对电压暂降问题的研究将有很大的实用性和广大的应用场合。(3)理论意义:对电压暂降的研究可以扩展人们对电能质量问题研究的深入,对电能质量的监测与控制有重要的开拓意义。由于配电网结构日益复杂,网络越来越庞大,电压暂降问题影响的范围也随之越来越大,所以对电压暂降问题的研究越来越具有时间的紧迫性。1.2 国内外研究现状1.2.1 电压暂降特征量提取方法研究现状电压暂降问题的出现比较早,人们对它的认识也比较早,但是由于人类经济发展水平的限制,对它的重视却始于上世纪八十年代。由于西方国家经济比较发达,所以西方国家对电能质量问题带来的危害认识比较早。由于我国经济发展相对滞后,而且我国的能源发展战略长期是“轻视发输电,重视配送电”,所以我国对电能质量问题的研究相对于西方发达国家来说比较晚。近些年以来,由于我国经济长期中高速发展,工业发展水平日新月异,我国对电能质量的检测与治理取得了非常显著的发展。电压暂降作为一种严重威胁到敏感型负荷正常工作的电能质量问题之一,逐渐受到国内外配电网电压暂降凹陷域仿真设计 第 2 页 共 41 页研究学者的重视与研究。所谓电压暂降,根据 IEEE(电气与电子工程师协会)的定义,电压暂降是指在 50Hz工作条件下,供电电压 RMS(均方根值)下降到 0.1-0.9p.u.(标幺值)、持续时间为0.01s-0.6s,短时间的电压变动现象;根据 IEC(国际电工委员会)的定义,电压暂降是在 50Hz 工作条件下,供电电压 RMS(均方根值)下降到 0.01-0.9p.u.、持续时间为0.01s-0.6s,短时间的电压变动现象;以上两种定义基本上相同,只是电压暂降幅值有一定的差异。暂降幅值、相位跳变和持续时间为电压暂降典型的三个特征量 4。对于这些特征量的检测,不同文献给出了不同的特征量提取方法,比如电压幅值法、有效值法、基波电压法、瞬时电压 d-q 变换法、单相电压变换法等。文献5作为电压暂降特征量提取方法的概述。非常笼统地介绍了每一种电压暂降特征量提取方法,并简要对比了每一种方法的优缺点。但是,不得不提到,该文献的推导是建立在理想条件下,即待检测波形为理想的正弦波,不受到谐波等扰动的干扰的情况。这就使得所提到的方法的应用范围受到限制。但是,该篇文章为本文的研究工作做了一个比较好的平台,在该文章的基础之上,本文能够非常容易地开展工作。文献6考虑到了谐波等扰动的影响。这篇文献既在理想情况下推导,也在有谐波等扰动分量的影响条件下推导,并且得出了谐波的存在并不会最终使得到的特征量信息减少。只要能最终滤除高次谐波,所得到的电压暂降特征量信息还是比较精确的。文献7提出了一种小波变换法。该方法相当于一种可变得时频窗口,具有可调的平移因子和尺度因子,可以根据需要有选择地放大电压信号,并得出电压暂降特征量。该方法弥补了傅里叶变换的不足,是一种比较新的研究方法。文献8提出了一种缺损电压法。所谓缺损电压就是理想电压与实际电压之差,根据理想和现实的差异,来判定是否发生电压暂降,并提取出电压暂降特征量。总的来说,这些电压暂降特征量提取方法各有优缺点,分别适用在不同的应用场合中。1.2.2 电压暂降凹陷域分析方法研究现状对于凹陷域,文献9已给出定义。所谓电压暂降凹陷域,是指当配电网络中发生电压暂降时,敏感型负荷不能正常工作的区域。在凹陷域内部,电压的幅值短时间下降,各种敏感型设备无法正常工作,而在凹陷域以外,敏感型设备不受影响。凹陷域的边界是电压暂降的临界点。配电网电压暂降凹陷域仿真设计 第 3 页 共 41 页对于电压暂降凹陷域的分析,无非就是通过适当的分析方法,找出电压暂降的临界点,画出凹陷域的边界,进而求出凹陷域。目前主流的电压暂降凹陷域分析方法有直接法、解析法、系统重构法、虚拟阻抗法、临界距离法和故障点法等方法。文献10采用直接法求解。在该文献所讲解的直接法是指采用正态分布的概念预估不同区域内的不同节点发生电压暂降的可能性。该方法较为传统,运算速率不高,在这里不做介绍。文献11 采用解析法。该方法为以某一个区域电压跌落最优且最为安全为目标,构造目标函数,然后通过该函数判定该配电网的凹陷域。该方法和直接法类似,运算速度也比较慢,所以本文不再做介绍。文献12介绍的是虚拟阻抗法。该方法为将所有已经已经选取好的故障点设为虚拟节点,然后根据已知电压和电流条件推导这些虚拟节点的阻抗矩阵,最后再通过该虚拟阻抗矩阵求取凹陷域。该方法

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