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1、(10)申请公布号 CN 103884931 A (43)申请公布日 2014.06.25 CN 103884931 A (21)申请号 201410078974.1 (22)申请日 2014.03.06 G01R 31/00(2006.01) (71)申请人 电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区 （西区） 西 源大道 2006 号 (72)发明人 黄琦 王均 丁理杰 刘影 魏巍 郭巍 张周晶 胡晓东 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 51220 代理人 温利平 (54) 发明名称 一种变电站母线负荷特性测试记录装置 (57) 摘要 本发明公开了一。
2、种变电站母线负荷特征测试 记录装置， 采用信号调理模块采集母线二次线缆 的三相电压和三相电流信号， 并对信号进行调理， 将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的电 压范围内， 将信号经抗混叠滤波模块滤波后输入 模数转换模块， 模数转换模块在控制模块的控制 下对信号进行采样得到三相电压和三相电流的采 集数据， 并通过控制模块转发给上位机， 上位机根 据采集数据对选择的负荷模型进行负荷参数辨 识， 将负荷参数辨识结果存储根据指令上传。 本发 明实现了负荷参数辨识的分布式计算， 无需人工 现场收集数据， 虽然会上传负荷参数辨识结果， 但 是其数据量比实时量测数据量少， 电力专网数据 传输压力较小。 。
3、(51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103884931 A CN 103884931 A 1/2 页 2 1. 一种变电站母线负荷特征测试记录装置， 其特征在于， 包括信号调理模块、 抗混叠模 块、 模数转换模块、 同步信号源模块、 控制模块、 上位机模块， 其中 ： 信号调理模块用于采集全工况下变电站母线二次线缆的三相电压和三相电流信号， 共 计 6 路模拟信号， 并按设计好的变比将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的电压范 围内。
4、， 得到的 6 路调理信号接入抗混叠滤波模块 ； 抗混叠滤波模块用于对信号调理模块输出的 6 路调理信号进行抗混叠滤波 ； 模数转换模块用于在控制模块输出的同步触发时钟和逻辑控制信号控制下， 对抗混叠 滤波后的 6 路信号进行采样， 将三相电压和三相电流的采集数据输入控制模块 ； 同步信号源模块用于产生同步时钟源信号发送给控制模块 ； 中心控制模块用于根据同步时钟源信号生成同步触发信号， 生成采集控制信号一起发 送给模数转换模块， 接收采集数据并转发给上位机 ； 上位机用于接收三相电压和三相电流的采集数据， 并根据需要选择负荷模型进行负荷 参数辨识， 将得到的负荷参数辨识结果存储， 根据电网中。
5、心的指令启动或停止上传负荷参 数辨识结果。 2. 根据权利要求 1 所述的变电站母线负荷特征测试记录装置， 其特征在于， 所述的信 号调理模块包括电压互感器、 电流互感器、 差动运放输入级、 中间级运放、 电压跟随器， 其 中 ： 电压互感器用于采集三相电压信号， 电流互感器用于采集三相电流信号， 电压互感器 和电流互感器分别将采集到的信号输入对应的差动运放输入级进行放大， 再送入中间级运 放抵消差动运放输入级噪声和电源纹波， 再送入电压跟随器得到最终的调理信号， 电压跟 随器的输入端采用钳位保护技术， 使信号输出的调理信号不超过模数转换模块最大输入范 围。 3. 根据权利要求 1 所述的变电。
6、站母线负荷记录装置， 其特征在于， 所述的抗混叠滤波 模块采用单位增益的四阶 Sallen-Key 电路拓扑的线性相位低通滤波器。 4. 根据权利要求 1 所述的变电站母线负荷特征测试记录装置， 其特征在于， 所述的同 步信号源模块为 GPS 模块或 IRIG-B 码同步模块。 5. 根据权利要求 1 所述的变电站母线负荷特征测试记录装置， 其特征在于， 所述的控 制模块包括同步时钟源信号处理模块、 同步源信号生成模块、 本地时钟模块、 同步触发信号 生成模块、 顶层总控模块、 模数转换控制逻辑模块、 数据缓存模块、 数据上传模块， 其中 ： 同步时钟源信号处理模块用于接收同步信号源模块的同步。
7、时钟源信号， 从中提取出秒 脉冲和时间信息， 发送给同步源信号生成模块 ； 同步源信号生成模块用于根据时间信息及秒脉冲生成时间戳和秒同步信号， 发送给本 地时钟模块 ； 本地时钟模块用于根据时间戳和秒同步信号对本地时钟进行修正， 生成秒信号输出至 同步触发信号生成模块 ； 同步触发信号生成模块用于对本地时钟模块输出的秒信号进行倍频从而生成同步于 时间信息的同步触发信号， 发送给顶层总控模块 ； 顶层总控模块用于生成数据采集指令， 并连同接收到的同触发信号发送给模数转换控 制逻辑模块 ； 接收模数转换控制逻辑模块转发的采集数据并送入数据缓存模块存储， 在数 据发送条件满足时， 顶层总控模块从数据。
8、缓存模块中取出采集数据并通过数据上传模块发 权 利 要 求 书 CN 103884931 A 2 2/2 页 3 送给上位机 ； 模数转换控制逻辑模块用于在接收到数据采集指令时向模数转换模块发送采集控制 信号， 并在数据采集完成后读取三相电压和三相电流的采集数据发送至顶层总控模块 ； 数据缓存模块用于缓存三相电压和三相电流的采集数据 ； 数据上传模块用于将三相电压和三相电流的采集数据转发给上位机。 6. 根据权利要求 1 所述的变电站母线负荷特征测试记录装置， 其特征在于， 所述负荷 参数辨识的具体方法为 ： S1 ： 对一次采集得到的三相电压和三相电流的采集数据根据需要进行分段， 依次对每 。
9、一段数据采用快速傅立叶变换从提取对应的电压或电流幅值、 相位和工频频率， 并采用修 正算法根据前一段数据的幅值和相位对本段数据的幅值和相位进行修正 ； S2 ： 修正后的三相电压 ua、 ub、 uc和三相电流 Ia、 Ib、 Ic分别采用派克变换得到旋转坐标 系下的两相电压 ud、 uq和两相电流 Id、 Iq； S3 ： 根据步骤 1 中得到的工频频率和步骤 2 得到的两相电压 ud、 uq和电流 Id、 Iq分别计 算得到动态有功功率 Pd、 动态无功功率 Qd、 静态有功功率 Ps、 静态无功功率 Qs； S4 ： 选择负荷模型， 将工频频率、 两相电压和两相电流作为模型输入， 将计算。
10、的动态有 功功率 Pd、 动态无功功率 Qd、 静态有功功率 Ps、 静态无功功率 Qs作为输出， 对负荷模型中的 参数进行辨识。 7. 根据权利要求 1 所述的变电站母线负荷特征测试记录装置， 其特征在于， 所述步骤 S4 中采用粒子群算法进行参数辨识。 权 利 要 求 书 CN 103884931 A 3 1/8 页 4 一种变电站母线负荷特性测试记录装置 技术领域 0001 本发明属于电力系统负荷参数辨识领域， 更为具体地讲， 涉及一种变电站母线负 荷特征测试记录装置。 背景技术 0002 电力系统的各种运行方式以及事故的应急处理都是以仿真为基础而得出的， 所以 只有提高仿真的准确性， 。
11、使仿真结果与实际运行的物理系统尽可能吻合， 才能更好地防范 事故， 使系统科学运行。 在仿真的模型中， 最直接影响电力系统仿真结果的四大关键参数包 括 ： 发电机参数、 励磁系统参数、 调速系统参数及负荷参数， 保障以上四个参数的准确性是 确保仿真准确性的前提。 0003 实际中， 绝大多数电网设备的参数都使用设计值或设备投运前的实测值。但由于 实际运行条件与设计运行条件间存在差异， 电网设备的真实参数与使用参数之间往往存在 很大差异。 因此， 有必要对电网中负荷参数进行实时监控， 定期根据实测负荷参数修正仿真 负荷参数， 从而提高电网仿真的准确性。 0004 现有的电力线路参数辨识与估计方法。
12、分为三大类 ： 一是基于量测数据的负荷总体 测辨法， 二是基于调查抽样的统计综合法， 三是基于故障拟合的故障仿真法。 目前的趋势是 综合应用以上三种方法进行负荷建模， 即对特别重要或具有典型性的负荷节点通过总体测 辨法进行长期观测， 建立其分时段的模型和参数范围， 再以统计综合法为基础将全网的负 荷节点进行分类， 从而实现将典型负荷节点的参数推广到其他负荷节点， 最后利用故障仿 真法对负荷模型进行校核。可见， 总体测辨法在此过程中起着基础性的作用。总体测辨法 的基本思想是把负荷看作一个整体， 利用数据采集装置从现场采集负荷母线的电量， 然后 根据系统辨识理论确定负荷模型参数。 0005 现有基。
13、于量测数据的负荷建模及参数辨识方法以基于 PMU（Phasor Measurement Unit， 电力系统同步相量测量装置） 量测数据为主， 结合多个时段量测数据进行参数辨识， 能够避免不同设备参数之间的相互影响， 并能够减少量测误差对参数估计精度的影响。 0006 如 2008 年第 32 卷第 5 期 电力系统自动化 中 “基于 WAMS/SCADA 混合量测的电 网参数辨识与估计” 一文， 公开的方法是首先基于 WAMS（Wide Area Measurement System， 广域监测系统） 量测数据计算相对残差， 进而对是否存在参数错误进行初步判断， 然后使用 WAMS/SCAD。
14、A（Supervisory Control And Data Acquisition， 数据采集与监视控制系统） 混合量测数据计算每条支路的测量误差， 从而辨识出存在参数错误问题的支路， 最后基于 WAMS/SCADA 混合量数据使用智能优化方法估计支路的正确参数。该方法的缺点是 ： 量测数 据不是就地计算的， 而是通过数据专网上传至网省公司调度中心或是由技术人员到现场通 过移动存储设备将数据拷贝回来进行数据后处理的。 0007 再如 2010 年第 34 卷第 1 期 电力系统自动化 中 “基于 PMU 实测数据的输电线路 参数在线估计方法” ， 公开的方法是利用现场安置的PMU测量结果计算。
15、线路的分布参数和精 确等值参数。其 PMU 量测数据同样为非就地计算， 需要借助数据专网或人工现场收集。若 说 明 书 CN 103884931 A 4 2/8 页 5 进行地区级电网负荷建模将所有负荷节点上安置的 PMU 数据进行同时上传势必会对数据 网造成极大的数据传输压力， 对此而引起的其他重要控制信号传输延迟造成其他严重后果 是电力系统无法容许的。而通过技术人员到现场进行 PMU 数据收集则会对人力物力的极大 浪费。 发明内容 0008 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种变电站母线负荷特征测试记录 装置， 自动采集母线三相电压和三相电流数据， 直接在本地进行负荷参数辨识， 。
16、根据电网中 心的查询指令进行负荷参数辨识结果上传。 0009 为实现上述发明目的， 本发明变电站母线负荷特征测试记录装置， 包括信号调理 模块、 抗混叠模块、 模数转换模块、 同步信号源模块、 控制模块、 上位机， 其中 ： 0010 信号调理模块用于采集全工况下变电站母线二次线缆的三相电压和三相电流信 号， 共计 6 路模拟信号， 并按设计好的变比将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的 电压范围内， 得到的 6 路调理信号接入抗混叠滤波模块 ； 0011 抗混叠滤波模块用于对信号调理模块输出的 6 路调理信号进行抗混叠滤波 ； 0012 模数转换模块用于在控制模块输出的同步触发时钟和逻辑控。
17、制信号控制下， 对抗 混叠滤波后的 6 路信号进行采样， 将三相电压和三相电流的采集数据输入控制模块 ； 0013 同步信号源模块用于产生同步时钟源信号发送给控制模块 ； 0014 控制模块用于根据同步时钟源信号生成同步触发信号， 生成采集控制信号一起发 送给模数转换模块， 接收采集数据并转发给上位机 ； 0015 上位机用于接收三相电压和三相电流的采集数据， 并根据需要选择负荷模型进行 负荷参数辨识， 将得到的负荷参数辨识结果存储， 根据电网中心的指令启动或停止上传负 荷参数辨识结果。 0016 本发明变电站母线负荷特征测试记录装置， 采用信号调理模块采集母线二次线缆 的三相电压和三相电流信。
18、号， 并对信号进行调理， 将每路信号调整至装置模数转换模块可 采集的电压范围内， 将信号经抗混叠滤波模块滤波后输入模数转换模块， 模数转换模块在 控制模块的控制下对信号进行采样得到三相电压和三相电流的采集数据， 并通过控制模块 转发给上位机， 上位机根据采集数据和选择的负荷模型进行负荷参数辨识， 将得到的负荷 参数辨识结果存储并提供查询接口供电网中心查询 ； 同步信号源模块用于产生同步时钟源 信号， 并通过控制模块转发给模数转换模块。 0017 本发明变电站母线负荷特征测试记录装置， 通过集成负荷参数辨识从而实现负荷 参数辨识的分布式计算。 本发明无需人工现场收集数据， 节省人力物力， 虽然会。
19、上传负荷参 数辨识结果， 但是其数据量比实时量测数据量少， 电网中心在调阅参数辨识结果不会过多 地增加电力专网数据传输压力。 附图说明 0018 图 1 是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的硬件示意图 ； 0019 图 2 是信号调理模块示意图 ； 0020 图 3 是抗混叠模块示意图 ； 说 明 书 CN 103884931 A 5 3/8 页 6 0021 图 4 是模数转换模块示意图 ； 0022 图 5 是控制模块示意图 ； 0023 图 6 是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的应用示意图。 具体实施方式 0024 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述， 以便本领域的技术。
20、人员更好地 理解本发明。 需要特别提醒注意的是， 在以下的描述中， 当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时， 这些描述在这里将被忽略。 0025 实施例 0026 图 1 是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的硬件示意图。如图 1 所示， 本 发明变电站母线负荷特征测试记录装置包括信号调理模块 1、 抗混叠模块 2、 模数转换模块 3、 同步信号源模块 4、 控制模块 5、 上位机 6。 0027 信号调理模块 1 构建起了变电站母线二次线缆与本发明装置之间的信号通路。信 号调理模块 1 采集全工况下变电站母线二次线缆的三相电压和三相电流信号， 共计 6 路模 拟信号， 并。
21、按设计好的变比将每路信号调整至装置模数转换模块 3 可采集的电压范围内， 得到的 6 路调理信号接入抗混叠滤波模块 2。 0028 图 2 是信号调理模块示意图。如图 2 所示， 信号调理模块 1 包括电压调理电路和 电流调理电路。本实施例采用高精度 (0.05%) 高线性度 （0.1%） 的电压电流通用互感器， 电压互感器 11 用于采集三相电压信号， 接法是在相线输入端串联限流电阻， 电流互感器 12 用于采集三相电流信号， 接法是直接将二次线缆穿心接入。两个互感器采集到电压 / 电流 信号后分别输入对应的差动运放输入级 13， 差动运放输入级 13 包括两个输入级运放， 互感 器的正端输。
22、出接入到第一输入级运放负端， 模拟地接入到第一输入级运放正端 ； 互感器负 端输出接入第二输入级运放负端， 模拟地接入到第二输入级运放正端。两个输入级运放选 用相同型号， 同批次的生产的运放， 由此构建完全对称的差动运放输入级。 并且两个输入级 运放的输入噪声、 失调电压及其漂移、 失调电流及其漂移、 输入偏执电流等参数均相同。由 于输入级电路具有对称性， 互感器输出信号经差动运放输入级 13 放大调理后输入中间级 运放 14， 携带的输入级放大器噪声和电源纹波经中间级运放 14 后均相互抵消， 保障调理电 路的精度和稳定度。中间级运放 14 输出信号接入电压跟随器 15， 本实施例中中间级运。
23、放 14选用精密轨至轨运算放大器。 电压跟随器15的输入端采用钳位保护技术， 保障信号调理 模块 1 输出的调理信号不超过模数转换模块 3 最大输入范围。可见， 信号调理模块 1 得到 的 6 路调理信号均为电压信号。 0029 为了保障调理电路高精度， 本实施例中信号调理模块 1 中的电阻均采用高精度 (0.01%) 无感电阻， 运放选用高共模抑制比 (150dB)、 高电源抑制比 (145dB)、 低噪声、 低失 调精密运算放大器。 0030 抗混叠模块 2 采用抗混叠滤波器， 用于对信号调理模块 1 输出的 6 路调理信号进 行抗混叠滤波， 从而有效降低高频信号折叠到低频段而引起的混叠误。
24、差。抗混叠滤波后的 信号接入模数转换模块 3。 0031 图 3 是抗混叠模块示意图。如图 3 所示， 本实施例中， 抗混叠模块 2 采用单位增益 的四阶 Sallen-Key 电路拓扑的线性相位低通滤波器， 该滤波器主要参数指标为 ： 截止频率 说 明 书 CN 103884931 A 6 4/8 页 7 1Khz， 带内纹波 0.01dB。 0032 模数转换模块 3 用于在控制模块 5 输出的同步触发时钟和逻辑控制信号控制下， 对抗混叠滤波后的 6 路隔离采样信号进行采样， 将三相电压和三相电流的采集数据输入控 制模块 5。 0033 图 4 是模数转换模块示意图。如图 4 所示， 本实。
25、施例中， 模数转换模块 3 采用 ADI 公司专门为电力线路检测与保护领域设计的模数转换芯片AD7606， 支持6路同步真极性5V 模拟信号输入 ； 输入缓冲器模拟输入阻抗1M欧 ； 16位、 采样率4.8KSps。 控制模块5在每次 进行模数转换前， 向模数转换模块 3 发送复位信号进行复位， 在整个模数转换周期内控制 模块 5 一直向模数转换模块 3 发送低电平 （有效） 的片选信号。模数转换模块 3 在进行模数 转换时将忙状态信号置为高电平 （无效） ， 转换完成后将忙状态信号置为低电平 （无效） ， 但 是此时还不能马上读取数据， 须等待数据在模数转换模块 3 中彻底建立并稳定后， 模。
26、数转 换模块 3 将数据输出信号置为高电平 （有效） ， 此时控制模块 5 方能从模数转换模块 3 中读 取数据。在模数转换模块 3 进行模数转换时， 其同步触发信号由控制模块 5 提供， 本实施例 中采用的同步触发信号频率为 4800Hz。 0034 同步信号源模块 4 用于产生同步时钟源信号发送给控制模块 5。本实施例中包括 GPS 同步模块 41 和 IRIG-B 码同步模块 42。GPS 同步模块 41 输出的同步时钟信号为 GPZDA 电文， 包括 GPS_RXD（串口接收信号） 信号、 PPS（秒脉冲信号） 信号。IRIG-B 码同步模块 42 接收外部 IRIG-B 码信号并转化。
27、为模拟电信号， 再量化得到 TTL 电平信号形式的 IRIG-B 码 同步信号。GPS 同步模块 41 作为主同步模块， IRIG-B 码同步模块 42 作为辅助同步模块， 根 据需要选择使用， 在变电站现场方便架设 GPS 天线的情况下以 GPS 秒脉冲及串口信号作为 基准同步时钟源， 若变电站现场不便于架设 GPS 天线， 以 IRIG-B 码信号作为基准同步时钟 源。 0035 控制模块 5 用于根据同步时钟源信号生成同步触发信号， 生成采集控制信号， 一 起发送给模数转换模块3从而对数据采集进行控制， 接收采集数据并转发给上位机6。 本实 施例中的控制模块 5 是基于 FPGA （Fi。
28、eld Programmable Gate Array， 即现场可编程门阵 列） 实现的。图 5 是控制模块示意图， 如图 5 所示， 控制模块 5 包括同步时钟源信号处理模 块51、 同步源信号生成模块52、 本地时钟模块53、 同步触发信号生成模块54、 顶层总控模块 55、 模数转换控制逻辑模块 56、 数据缓存模块 57、 数据上传模块 58。 0036 同步时钟源信号处理模块51用于接收同步信号源模块4的同步时钟源信号， 从中 提取出秒脉冲和时间信息。本实施例中， 与同步信号源模块 4 对应， 控制模块 5 的同步时钟 源信号处理模块51包括两个模块 ： GPS解析与预处理模块511。
29、和IRIG-B解码模块512。 GPS 解析及预处理模块 511 的主要功能是解析来自 GPS 同步模块 41 的 GPZDA 电文为同步源信 号生成模块 52 提供 PPS 信号 （秒脉冲） 和 UTC（世界标准时间） 时间信息。IRIG-B 解码模块 512 的主要功能是解析来自光纤接收量化模块的 IRIG-B 码电文为同步源信号生成模块 52 提供秒脉冲和时间信息。 0037 同步源信号生成模块 52 用于根据时间信息及秒脉冲生成时间戳和秒同步信号， 发送给本地时钟模块 53。 0038 本地时钟模块 53 用于根据时间戳和秒同步信号对本地时钟进行修正， 生成秒信 号输出至同步触发信号生。
30、成模块54。 本实施例中， 本地时钟模块53是基于基于10MHz恒温 说 明 书 CN 103884931 A 7 5/8 页 8 晶振搭建的， 恒温晶振的频率稳定度为 10 级 （5.0e-10） ， 可以保证很好的守时精度。本 地时钟模块53的修正是通过实时将同步源信号生成模块52时间戳和秒同步信号与本地时 钟相比较， 当二者偏差大于平滑门限， 本地时钟模块 53 就采用平滑修正算法对本地时钟进 行平滑置位修正。 0039 同步触发信号生成模块54对本地时钟模块53输出的秒信号进行倍频从而生成同 步于时间信息的 4800Hz 同步触发信号， 输入顶层总控模块 55。 0040 顶层总控模块。
31、 55 用于生成数据采集指令， 并连同接收到的同触发信号发送给模 数转换控制逻辑模块56。 通常采用设定数据采集周期来定时发布数据采集指令。 顶层总控 模块 55 接收模数转换控制逻辑模块 56 转发的采集数据并送入数据缓存模块 57 存储， 在数 据发送条件满足时， 顶层总控模块 55 从数据缓存模块 57 中取出采集数据并通过数据上传 模块 58 发送给上位机 6。 0041 模数转换控制逻辑模块 56 用于在接收到数据采集指令时向模数转换模块 3 发送 采集控制信号， 并在数据采集完成后读取三相电压和三相电流的采集数据发送至顶层总控 模块 55， 具体过程为 ： 在接收到数据采集指令时向。
32、模数转换模块 3 发送复位信号， 并在整个 模数转换周期内向模数转换模块 3 发送有效片选信号和同步触发信号， 监测模数转换模块 3 的忙状态信号和数据输出信号， 当忙状态信号失效且数据输出信号有效时读取三相电压 和三相电流的采集数据发送至顶层总控模块 55。 0042 数据缓存模块 57 用于缓存三相电压和三相电流的采集数据。本实施例中， 采用深 度为 4Kbit 的 FIFO（First Input First Output， 先入先出队列） 存储器作为数据缓存模 块 57。数据发送条件即为 FIFO 存储器达到半满状态。 0043 数据上传模块58用于将三相电压和三相电流的采集数据转发给。
33、上位机6。 本实施 例中， 数据上传模块 58 采用 PCI 总线技术进行数据发送。 0044 上位机 6 用于接收三相电压和三相电流的采集数据， 根据采集数据进行负荷参数 辨识， 将得到的负荷参数辨识结果存储并提供查询接口。负荷参数辨识的具体方法为 ： 0045 对一次采集得到的三相电压和三相电流的采集数据根据需要进行分段， 依次对每 一段数据采用快速傅立叶变换从提取对应的电压或电流幅值、 相位和工频频率， 并采用修 正算法根据前一段数据的幅值和相位对本段数据的幅值和相位进行修正， 修正公式采用如 2005 年第 29 卷第 2 期 电力系统自动化 中 “基于 DFT 的电力系统相量及功率测。
34、量新算法” 一文中所提出的可以自适应地抑制谐波干扰的新算法。 0046 修正后的三相电压 ua、 ub、 uc和三相电流 Ia、 Ib、 Ic分别采用派克变换得到旋转坐标 系下的两相电压 ud、 uq和两相电流 Id、 Iq， 变换公式为 ： 0047 0048 说 明 书 CN 103884931 A 8 6/8 页 9 0049 0050 0051 其中， 表示 a 相电压或电流的相角。 0052 根据两相电压 ud、 uq和电流 Id、 Iq和工频频率分别计算得到动态有功功率 Pd、 动态 无功功率 Qd、 静态有功功率 Ps、 静态无功功率 Qs， 计算公式为 ： 0053 Pd ud。
35、Id+uqIq 0054 Qd uqId+udIq 0055 0056 0057 其中， f 为频率偏差， KPF和 KQF分别表示有功功率和无功功率的频率特性指数。 P0、 Q0、 U0分别表示稳态运行时静态负荷消耗的有功功率、 无功功率、 母线电压。其中 AP、 BP、 CP表示有功电压参数。AQ、 BQ、 CQ表示无功电压参数。且满足如下约束方程 ： AP+BP+CP 1， AQ+BQ+CQ 1。 0058 根据需要选择负荷模型， 将工频频率、 母线电压， 作为模型输入， 将计算的动态有 功功率 Pd、 动态无功功率 Qd、 静态有功功率 Ps、 静态无功功率 Qs作为输出， 对负荷模型。
36、中的 参数进行辨识。 0059 本发明中使用的负荷模型有三种 ： 0060 第一种为时变自适应综合负荷模型， 动态部分采用 3 阶机电暂态模型， 考虑在配 电网遭受扰动的暂态过程中， 各负荷点的电压和频率都会发生变化， 在两相旋转坐标下计 算受配电网频率波动影响较大的电动机负荷模型的暂态电势 ed,eq和转差率 ， 状态方程 为 ： 0061 0062 动态部分输出方程 ： T0 说 明 书 CN 103884931 A 9 7/8 页 10 0063 0064 公式中， H 为惯性常数， 为额定转矩， T (x_r+x_m)/R_r， x x_s+x_m， x x_ s+(x_mx_r)/(。
37、x_m+x_r)， 需要辨识的参数有 Rs: 定子电阻， x_s: 定子绕阻漏抗， x_m: 励磁 电抗， R_r: 转子电阻， x_r: 转子漏抗， A、 B、 C 为电机机械转矩特性参数， 满足 A+B+C=1 条件。 上述参数都为在感应电动机基值下的标幺值。 0065 0066 0067 其中为电动机初始有功功率， P0为配电网中负荷的初始有功功率。Kpm表示初始 有功功率比例系数， Mlf为初始负荷率系数， S 为电动机额定容量， U 为负荷节点所在母线上 的电压， UBase为基值电压。 0068 静态部分采用并联的恒阻抗模型， 恒电流模型， 恒功率模型， 如下式所示 ： 0069 。
38、0070 0071 计算负荷中受配电网中频率波动影响较小的恒定阻抗模型需要辨识的静态特性 参数为 KPZ， KPI， KQZ， KQI满足 ： 0072 0073 第二种为功率补偿模型， 通过对母线电压 U 中 d-q 分量的变化对有功无功的影响 分析， 得到负荷模型的动态有功、 无功补偿环节 ： 0074 0075 其中 ： P 为有功补偿 ； Q 为无功补偿。Ud为电压 Ud的变化量， Uq为电压 Uq 的变化量。在电压动态变化的时候， Ud和 Uq有明显变化， 使得 P 和 Q 能起到动态 补偿作用， 改善负荷模型的动态性能。 0076 第三种为冲击负荷模型， 冲击负荷主要集中在高耗能企。
39、业， 其容量大， 对电网造成 的影响也大， 冲击负荷模型的定义为 ： 能够描述负荷吸收的有功功率和无功功率随着母线 电压和频率以及负荷自身的功率需求变化而变化的关系式。其负荷模型结构如下 ： 0077 说 明 书 CN 103884931 A 10 8/8 页 11 0078 0079 Tp和 Tq分别表示有功和无功需求的时间常数 ； Pr、 P0分别表示负荷有功需求和负 荷稳态有功功率， Qr、 Q0分别表示为负荷无功需求和负荷稳态无功功率， ， 分别为稳态 时有功和无功指数。冲击负荷模块需要辨识的参数为 Tp、 Tq， 和 。 0080 负荷模型的参数辨识可以采用多种数据拟合技术来实现， 。
40、本实施例中采用的是粒 子群算法。 0081 上位机 6 将参数辨识结果存储在本地， 等待电网中心的数据查询指令， 当接收到 数据查询指令时， 即将参数辨识结果进行封装、 压缩等处理后传输至电网中心。 0082 图 6 是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的应用示意图。如图 6 所示， 本 发明装置输入端与母线二次电缆连接， 输出端接入电力专网。各个变电站母线负荷特征测 试记录装置采集对应的变电站母线数据后， 在本地进行负荷参数辨识后， 根据电网中心的 指令将负荷参数辨识结果上传。图 6 中同步信号是通过 GPS 信号得到， 并通过变电站的光 纤网络分发给各个变电站母线负荷特征测试记录装置。 。
41、0083 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述， 以便于本技术领域的技术 人员理解本发明， 但应该清楚， 本发明不限于具体实施方式的范围， 对本技术领域的普通技 术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内， 这些 变化是显而易见的， 一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 说 明 书 CN 103884931 A 11 1/4 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103884931 A 12 2/4 页 13 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103884931 A 13 3/4 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 103884931 A 14 4/4 页 15 图 6 说 明 书 附 图 CN 103884931 A 15 。