T∕CPSS 1004-2019 智能变电站电能质量测量方法.pdf
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1、ICS 01.040.29 中国标准文献分类号 K46 团 体 标 准 T/CPSS 10042019 智能变电站电能质量测量方法 Method of power quality measurement for smart substation 2019-07-31发布 2019-08-01实施 中国电源学会 发布T/CPSS 10042019 I 目 次 前言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 总则 . 5 4.1 测量方法分类 . 5 4.2 测量环节 . 5 4.3 对电压/电流互感器的要求 . 5 4.4 对合并单元的要求 . 6 4
2、.5 测量累积时间和方法 . 6 4.6 标记 . 8 5 频率 . 9 5.1 测量方法 . 9 5.2 测量范围和误差 . 9 5.3 累积 . 9 6 电压电流幅值 . 9 6.1 测量方法 . 9 6.2 测量范围和误差 . 10 6.3 累积 . 10 7 电压偏差 . 10 7.1 测量方法 . 10 7.2 测量范围和误差 . 10 7.3 累积 . 10 8 闪变 . 11 8.1 测量方法 . 11 8.2 测量范围和误差 . 11 8.3 累积 . 11 9 电压暂降、短时中断和暂升 . 11 9.1 测量方法 . 11 9.2 测量范围和误差 . 12 9.3 累积 .
3、12 10 谐波 . 12 10.1 测量方法 . 12 10.2 测量范围和误差 . 13 10.3 累积 . 13 11 间谐波 . 13 11.1 测量方法 . 13 T/CPSS 10042019 II 11.2 测量范围和误差 . 13 11.3 累积 . 14 12 不平衡度 . 14 12.1 测量方法 . 14 12.2 测量范围和误差 . 14 12.3 累积 . 14 13 影响量范围和误差试验 . 15 13.1 影响量范围 . 15 13.2 测量误差试验 . 15 附录 A(资料性附录) 智能变电站互感器 . 18 附录 B(资料性附录) 电能质量参数测量范围及误差
4、. 20 图 1 测量环节 . 5 图 2 A 类累积时间间隔的同步 . 7 图 3 S 类累积时间间隔的同步 . 8 图 A.1 ETMU 采样模式 . 18 图 A.2 TMU 采样模式 . 19 表 1 测量用互感器幅值误差和相位误差限值 . 5 表 2 影响量范围 . 14 表 3 A 类和 S 类稳态电压质量测量误差试验参数设置 . 15 表 4 谐波电流误差测量试验参数设置 . 16 表 5 电压暂降测量误差试验参数设置 . 16 表 6 电压短时中断测量误差试验参数设置 . 16 表 7 电压暂升测量误差试验参数设置 . 17 表 B.1 电能质量参数测量范围及误差要求一览表 .
5、 20 T/CPSS 10042019 III 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由中国电源学会提出并解释。 本标准起草单位:国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、安徽大学、上海电力学院、国网河北省电力有限公司电力科学研究院、安徽武怡电气科技有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、深圳市中电电力技术股份有限公司、 南京灿能电力自动化股份有限公司、 安徽华电工程咨询设计有限公司、中国科学院等离子体物理研究所、 上海电气电力电子有限公司、 国网河南省电力有限公司电力科学研究院、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、国网北京市电力公司电力科学研究院、亚洲电能质量产
6、业联盟、国网重庆市电力公司电力科学研究院、深圳供电局有限公司电力科学研究院、广州供电局有限公司电力试验研究院、 国网山西省电力公司电力科学研究院、 广西电网有限责任公司电力科学研究院、国网浙江省电力公司电力科学研究院、 中国电力科学研究院有限公司武汉分院、 国网湖北省电力有限公司电力科学院、上海电器设备检测所有限公司、国网吉林省电力有限公司电力科学研究院、上海以华电气技术有限公司、上海英同电气有限公司、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、中国铁路设计集团有限公司、广东电网有限责任公司电力科学研究院、仪玛电能测量技术(北京)有限公司。 本标准主要起草人:徐斌、朱明星、林顺富、段晓波、焦亚东、丁
7、泽俊、王昕、任小宝、王付军、吴亚楠、蒋晓风、代双寅、李穆、迟忠君、王语洁、马兴、汪清、马智远、李胜文、胡翀、郭敏、徐群伟、郭浩洲、李伟、梁晓亮、袁野、邓剑琪、徐海杰、董鹤楠、董志杰、唐酿、郭越航。 本标准首次发布。T/CPSS 10042019 1 智能变电站电能质量测量方法 1 范围 本标准规定了智能变电站合并单元输出的数字信号的频率、电压电流幅值、电压偏差、闪变、电压暂降、短时中断和暂升、谐波、间谐波、不平衡度等电能质量指标的测量方法、测量误差和测量范围。 本标准适用于智能变电站等间隔同步采样的数字信号电能质量参数的测量, 其它等间隔同步采样的数字信号电能质量参数的测量,亦可参照使用。 2
8、 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 17626.72017 电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、 间谐波的测量和测量仪器导则 GB/T 17626.152011 电磁兼容 试验和测量技术 闪烁仪 功能和设计规范 GB/T 17626.302012 电磁兼容 试验和测量技术 电能质量测量方法 GB/T 18039.42017 电磁兼容 环境 工厂低频传导骚扰的兼容水平 GB/T 20840.12010 互感器 第1部分:通用技术要
9、求 GB/T 20840.22014 互感器 第2部分:电流互感器的补充技术要求 GB/T 20840.32013 互感器 第3部分:电磁式电压互感器的补充技术要求 GB/T 20840.52013 互感器 第5部分:电容式电压互感器的补充技术要求 GB/T 20840.72007 互感器 第7部分:电子式电压互感器 GB/T 20840.82007 互感器 第8部分:电子式电流互感器 GB/T 198622016 电能质量监测设备通用要求 GB/T 301552013 智能变电站技术导则 DL/T 2822012 合并单元技术条件 3 术语和定义 GB/T 123262008、 GB/T 1
10、45491993、 GB/T 17626.302012、 GB/T 243372009、 GB/T 301372013、GB/T 325072016、GB/T 301552013和DL/T 2822012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/T 123262008、GB/T 145491993、GB/T 17626.302012、GB/T 243372009、GB/T 301372013、GB/T 325072016、GB/T 301552013和DL/T 2822012中的一些术语和定义。 3.1 智能变电站 smart substation T/CPSS
11、10042019 2 采用可靠、经济、集成、节能、环保的智能与设计,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等为基础要求,能够支持电网实时在线分析和控制决策,进而提高整个电网运行可靠性及经济性的变电站。 GB/T 301552013,定义3.1.1 3.2 电能质量 power quality 评估电气系统某一给定点的电气性能时,与一系列参考技术参数相比所得的电特性参数。 GB/T 17626.302012,定义3.21 3.3 合并单元 merging unit(MU) 用以对来自二次转换器的电流和(或)电压数据进行时间
12、相关组合的物理单元。合并单元可以是互感器的一个组件,也可以是一个分立单元,例如装在控制室内。 DL/T 2822012,定义3.1 3.4 实时时钟 real-time clock(RTC) 用于实施本部分某些方法的当地记时装置。 GB/T 17626.302012,定义3.22 3.5 时间积累 time aggregation 为得到某一较长时间段上的值,对某一给定参数(在相同时间间隔)的顺序值进行累加。 注:本部分中,累积总是指时间累积。 GB/T 17626.302012,定义3.31 3.6 影响量 influence quantity 任何可能会影响测量设备工作性能的量。 GB/T
13、 17626.302012,定义3.13 3.7 测量误差 measurement error 测量测得的量值与参考量值的差值。 3.8 方均根值 r.m.s.(root-mean-square) value 在规定时间间隔和规定带宽内一个量的各瞬时值的平方的算术平均值的平方根。 GB/T 17626.302012,定义3.23 3.9 每半周波检测更新一次的 r.m.s 电压 r.m.s. voltage refreshed each half-cycle T/CPSS 10042019 3 Ur.m.s.(1/2) 从基波的过零点开始,在一个周波内测量得到的r.m.s.电压值,每半个周波更
14、新一次。 注1:每个通道都是独立的,对于多相系统的不同通道可以产生连续的 r.m.s.值。 注2:该值仅适用于 A 类方法中的电压暂降、暂升和短时中断的检测及评估。 注3:该 r.m.s.电压值可以是相间电压值,也可以是相与中性点之间的电压值。 注4:计算过零点需要考虑谐波和直流分量的影响。 注5:以最靠近零点的采样点作为过零点。 GB/T 17626.302012,定义3.24 3.10 每周波检测更新一次的 r.m.s.电压 r.m.s. voltage refreshed each cycle Ur.m.s.(1) 在一个周波内测量得到的r.m.s.电压值。每一个周波更新一次。 注1:和
15、 Ur.m.s(1/2)相比,该参数测量时不需要规定周波的开始时间。 注2:该值仅适用于 S 类方法中的电压暂降、暂升和短时中断的检测及评估。 注3:该 r.m.s.电压值可以是相间电压值,也可以是相与中性点之间的电压值。 GB/T 17626.302012,定义3.25 3.11 公称输入电压 declared input voltage Udin 由传感器变比确定的公称供电电压。 GB/T 17626.302012,定义3.3 3.12 基波分量 fundamental component 对周期性交流量进行傅里叶级数分解,得到的频率与工频相同的分量。 注:该值通常使用r.m.s.值来表示
16、。为简单起见,可将该类分量简称为基波。 GB/T 145491993,定义3.3 3.13 谐波分量 harmonic component 对周期性交流量进行傅里叶级数分解,得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。 注:该值通常使用r.m.s.值来表示。为简单起见,可将该类分量简称为谐波。 GB/T 145491993,定义3.4 3.14 间谐波分量 interharmonic component 对周期性交流量进行傅里叶级数分解,得到频率不等于基波频率整数倍的分量。 注:该值通常使用r.m.s.值来表示。为简单起见,可将该类分量简称为间谐波。 GB/T 243372009,定义3.6 T/C
17、PSS 10042019 4 3.15 闪变 flicker 人对于视觉不稳定的感受, 这种视觉不稳定是由于供电电压波动引起光源的照度或频率随时间变化而导致的。 GB/T 325072016,定义2.5.7 3.16 短时间闪变值 short-term flick severity Pst 衡量短时间(若干分钟)内闪变强弱的一个统计量值,短时间闪变的基本记录周期为10 min。 GB/T 123262008,定义3.8 3.17 长时间闪变值 long-term flick severity Plt 由短时间闪变值Pst推算出,反应长时间(若干小时)闪变强弱的量值,长时间闪变的基本记录周期为2
18、 h。 GB/T 123262008,定义3.9 3.18 不平衡度 unbalance factor 三相电力系统中三相不平衡的程度。 用电压、 电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的r.m.s.值百分比表示。电压、电流的负序不平衡度和零序不平衡度分别用2、0和I2、I0表示。 GB/T 325072016,定义2.4.4 3.19 正偏离 overdeviation 仅当一个参数的测量值大于标称值时,参数的测量值和标称值之间差值的绝对值。 GB/T 17626.302012,定义3.20 3.20 负偏离 underdeviation 仅当一个参数的测量值小于标称值时,参数的测量值
19、和标称值之间差值的绝对值。 GB/T 17626.302012,定义3.32 3.21 短时中断 temporary interruption 电力系统中某点工频电压r.m.s.值突然降低至0.1 p.u.以下,并在短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 GB/T 301372013,定义3.2 T/CPSS 10042019 5 3.22 电压暂降 voltage dip 电力系统中某点工频电压r.m.s.值突然降低至0.1 p.u.0.9 p.u.,并在短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 GB/T 301372013,定义3.1 3.23 电压暂升 voltage sw
20、ell 电力系统中某点工频电压r.m.s.值突然升高至1.11.8 p.u.,并在短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 GB/T 325072016,定义2.8.2 4 总则 4.1 测量方法分类 4.1.1 智能变电站电能质量测量方法参照 GB/T 17626.302012 规定,分为 A 类和 S 类。 4.1.2 A类用于需要精确测量的场合。在测量同一信号时,采用两种都符合A类要求的不同的测量装置对任一电能质量参数的测量,都应在所规定的误差范围内得出一致的结果。 4.1.3 S 类用于调查或评估等统计性的场合,测量的电能质量参数可能是所有参数的子集。S 类的处理过程相对于 A
21、类要求较低。 4.2 测量环节 智能变电站被测量的电气量通过电压/电流互感器进入合并单元,经合并单元处理后,输出数字信号送入测量单元进行电能质量参数计算,整个测量环节如图1所示。本标准侧重于应用在测量单元内的电能质量测量方法。 电压/电流互感器合并单元测量单元待测输入信号可测量输入信号数字量输出信号测量结果 图1 测量环节 4.3 对电压/电流互感器的要求 本标准中规定的测量误差不考虑电压/电流互感器引入的误差,但其测量的幅值误差和相位误差限值应满足GB/T 20840系列标准的规定,详见表1。 表1 测量用互感器幅值误差和相位误差限值 交流采样模式 互感器名称 引用标准 章节号 表号 TMU
22、模式 电流互感器 GB/T 20840.22014 5.6.201.4 表201和表202 电磁式电压互感器 GB/T 20840.32013 5.6.301.3 表301 电容式电压互感器 GB/T 20840.52013 5.6.501.3 表501 ETMU模式 电子式电压互感器 GB/T 20840.72007 12.5 表9 电子式电流互感器 GB/T 20840.82007 12.2 表17和表18 T/CPSS 10042019 6 关于智能变电站交流采样模式以及电压/电流互感器频响特性对测量的影响,附录A提供了相关说明。 4.4 对合并单元的要求 4.4.1 同步采样 对于多通
23、道合并单元应能够实现采集器间的采样同步功能,采样的同步误差不应大于1 s。在外部同步信号消失后,至少能在10 min内继续满足4 s同步精度要求。 4.4.2 抗混叠滤波器 抗混叠滤波器的截止频率和衰减特性对谐波分析精度会产生影响, 为满足谐波测量精度要求, 采样频率需要远高于测量的谐波频率。参照GB/T 17626.72017规定,要保证测量范围内的谐波衰减量不超过3 dB,采样频率与截止频率差值频率处滤波器的衰减应大于50 dB。 推荐使用二阶及以上抗混叠(低通)滤波器,其截止频率为采样频率的1/4。 4.4.3 采样频率 4.4.3.1 合并单元采样频率决定了谐波分析的最高次数,在需要分
24、析到 50 次谐波的应用场景,合并单元采样频率不应低于 12.8 kHz。 4.4.3.2 对于合并单元采样频率为 4 kHz 的智能变电站,建议其谐波分析次数不超过 20。 4.4.3.3 对于合并单元采样频率为 10 kHz 的智能变电站,建议其谐波分析次数不超过 40。 注1:谐波分析时,推荐采用离散傅里叶变换(DFT),若采用快速傅里叶变换(FFT),则需考虑插值算法带来的误差影响,具体误差要求可见10.2。 注2:特别注意,对于采样频率为4 kHz的合并单元,当该智能变电站存在40次及以上谐波时,不可以通过该合并单元测量谐波。 4.4.4 其他 合并单元其他技术要求应满足DL/T 2
25、822012的规定。 4.5 测量累积时间和方法 4.5.1 要求 除闪变和频率外,电能质量指标的累积应使用输入值的r.m.s.值进行计算。 4.5.2 10 周波数据 4.5.2.1 在频率计算时间间隔内,根据等间隔同步采样周期和实时频率计算值,计算 10 周波数字量信号长度,计算公式如式(1)所示: S10NfixfT= (1) 式中: N 10周波数字量信号长度(采样点数); fix 函数表示 “截尾取整”; f 实时频率计算值; T/CPSS 10042019 7 TS 合并单元等间隔同步采样周期。 4.5.2.2 在频率计算时间间隔内,数字量信号长度不足 10 周波时,从下一个频率计
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