CN101726663B - 一种监测用户侧谐波污染的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能质量监控领域，为了解决现有技术中不能准确获得用户侧谐波污染的问题，提供了一种监测用户侧谐波污染的方法及系统。本发明方法利用电流采集装置采集用户侧用电设备电流数据，利用电压采集装置采集公共连接点电压数据，将所述电流数据和公共连接点电压数据传回系统端，在所述系统端利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备谐波的阻抗值，获得所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息。本发明的有益效果在于，便于监测用户侧用电设备对电网的污染，以减小电网供电质量的波动。

Description

一种监测用户侧谐波污染的方法及系统

技术领域

本发明涉及电能质量监控领域，特别涉及一种监测用户侧谐波污染的方法及系统。

背景技术

随着各种电力电子装置与非线性用电设备在国民经济各部门广泛应用，电力系统特别是配电网中的谐波污染日益严重。谐波源产生的谐波电流注入电网，将降低在同一线路(或临近馈线)上的其它用户的电能质量，严重时将引起相关的电能质量纠纷问题。并且，目前广泛应用的电能计量方式，在系统存在谐波源的情况下，并不能准确的区分线性与非线性负荷，以及它们所吸收和产生的谐波功率，也不能够区分背景谐波的大小，从而造成计量结果上的误差，给供用双方造成不必要的损失。因此，正确评估系统的背景谐波与负荷中谐波源的谐波发射水平，分清各自的责任是十分重要的，这需要合理地分清用户和系统对公共连接点电能质量恶化的责任，并且能量化用户发射的谐波污染功率。

目前国内外已提出多种谐波源计量和评估的方法，其中现有的谐波阻抗测量估计方法基本上可以分为“干预式”和“非干预式”两种。“干预式”方法主要通过向系统强迫注入谐波电流或是间谐波电流，或是开断系统某一支路来测量谐波阻抗，但该类方法可能会对系统运行造成不利影响，因此不能广泛使用。“非干预式”方法则利用系统自身的谐波源以及可测量参数等来估计谐波阻抗和谐波电压。现有的方法有：

(1)波动量法

波动量法是一种基于谐波波动量估计系统谐波阻抗和谐波发射水平的方法，其基本原理是：系统谐波阻抗受系统短路阻抗影响较大，当运行方式固定时，短时间内系统谐波阻抗较为稳定，不会有大的波动，利用被测电压波动量对电流波动量比值的符号特征来估计谐波阻抗和谐波发射水平。电路如图1所示，波动量法对系统运行没有干扰，估计方式较为简单，易于应用在谐波阻抗仪器的开发上，估计结果精度较高。但该方法存在以下缺点：①要求相当高的谐波电压和谐波电流测量精度；②要求负荷在PCC点产生足够大的谐波；③在所分析的谐波频率范围内，用户侧的谐波阻抗值应大于系统侧的谐波阻抗值；④要能分辨畸变负荷的“接通电流”和“未接通电流”状态。即测量记录要能够反应该负荷的状态。

(2)双线性回归估计法

双线性回归估计法是假定电网系统侧稳定运行且呈纯感性，以在PCC点测量得到的谐波电流和谐波电压的复数量的相关系数为基础的谐波阻抗和谐波发射水平估计方法。电路如图2所示。双线性回归估计法对系统正常运行不产生影响，相对波动法更能反映出当系统侧与用户侧谐波扰动在PCC点共同作用时，各自的谐波发射水平。其缺点在于该方法利用最小二乘估计，受异常数据的干扰，回归方程缺乏稳健性。

中国发明专利公开号CN1734879A，发明名称为“电力系统变电站用电能质量综合控制器”的技术方案公开了一种滤除背景谐波干扰的技术方案，但是该方案像上述现有技术一样只考虑了系统侧的谐波对电网的影响，并没有考虑用户侧谐波对电网的影响。

以引入方式将上述技术内容合并于本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测用户侧谐波污染的方法，用于解决现有技术中无法准确计算用户侧谐波污染的问题。

本发明的另一目的在于提供一种监测用户侧谐波污染的系统，用于实现上述方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种监测用户侧谐波污染的方法，其特征在于该方法包括，利用电流采集装置采集用户侧用电设备电流数据，利用电压采集装置采集公共连接点电压数据，将所述电流数据和公共连接点电压数据传回系统端，在所述系统端利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备谐波阻抗值，获得所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息其中，在所述系统端利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备的谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率包括：建立用户侧用电设备方程：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1h}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{pcch}}/{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{pcc}1h}---\left(1\right)$

其中

为所述用户侧用电设备h次发射谐波电流估计值，

为用户侧用电设备h次谐波阻抗估计值，

为公共连接点的h次谐波电压测量值，为用户侧h次谐波的电流测量值；

设为

所对应的导纳值，将(1)式按照实部、虚部展开：

I_c1hx＝U_pcchx×Y_c1hx-U_pcchy×Y_c1hy-I_pcc1hx；

I_c1hy＝U_pcchx×Y_c1hy+U_pcchy×Y_c1hx-I_pcc1hy；(2)

其中，I_c1hx和I_c1hy分别为用户侧h次发射谐波电流的实部和虚部，而Y_c1hx和Y_c1hy分别为用户侧用电设备h次谐波导纳估计值的实部和虚部，U_pcchx、U_pcchy分别为公共连接点的h次谐波电压测量值经过傅立叶变换的实部和虚部，I_pcc1hx、I_pcc1hy分别为用户侧h次谐波电流测量值经过傅立叶变换的实部和虚部；

将所述U_pcchx、U_pcchy的数据标准化处理后的数据构成偏最小二乘回归算法中的E₀，将所述I_pcc1hx、I_pcc1hy标准化处理后的数据分别构成偏最小二乘回归算法中的F₀，根据偏最小二乘回归算法求F₀对E₀的回归系数估计值，通过还原得到所述式(2)的回归系数Y_c1hx、Y_c1hy；

根据上述Y_c1hx、Y_c1hy计算

再将上述Y_c1hx、Y_c1hy带入(2)式计算I_{c1 hx}、I_c1hy，并获得

根据所述计算出的所述用户侧用电设备发射的h次谐波电流值和用户侧用电设备h次谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备所发出的h次谐波有功功率。

根据本发明所述的一种监测用户侧谐波污染方法的再一个进一步的方面，所述计算所述用户侧用电设备所发出的h次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c1h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c1h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}.$

根据本发明所述的一种监测用户侧谐波污染方法的另一个进一步的方面，所述计算所述用户侧用电设备所发出的h次谐波有功功率为：

其中

中的

为第h次谐波

与

向量夹角之间的差。

根据本发明所述的一种监测用户侧谐波污染方法的另一个进一步的方面，将所述电流数据和公共连接点电压数据传回系统端还包括，将电流采集装置和/或电压采集装置的唯一标识传送给所述系统端，所述系统端根据所述唯一标识确定与所述采集数据相应的用户信息；在发出报警信息时根据所述相应的用户信息向用户发送报警信息。

本发明实施例还提供了位于公共连接点的电压采集装置，用于采集用户侧用电设备电流数据的电流采集装置，将所述电压采集装置和电流采集装置的采集结果传送给系统端的网络，连接所述网络接收所述采集结果进行计算、分析，并发出报警信息的系统端；

所述系统端根据所述采集结果利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备的阻抗值，获得所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息；其中所述系统端包括分析服务器和数据库，其中分析服务器与所述网络相连接，该分析服务器还包括，列方程单元，方程展开单元，偏最小二乘法计算单元，回带单元，功率计算单元，报警单元；

列方程单元与方程展开单元相连接，所述方程展开单元与偏最小二乘法计算单元相连接，所述回带单元分别与所述方程展开单元、偏最小二乘法计算单元相连接，所述功率计算单元与所述回带单元相连接，所述功率计算单元与所述报警单元相连接；

所述列方程单元建立用户侧用电设备方程：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1h}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{pcch}}/{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{pcc}1h}---\left(1\right)$

其中

为所述用户侧用电设备h次发射谐波电流估计值，

为用户侧用电设备h次谐波阻抗估计值，

为公共连接点的h次谐波电压测量值，

为用户侧h次谐波电流测量值；

所述方程展开单元设

为

所对应的导纳值，将(1)式按照实部、虚部展开：

I_c1hx＝U_pcchx×Y_c1hx-U_pcchy×Y_c1hy-I_pcc1hx；

I_c1hy＝U_pcchx×Y_c1hy+U_pcchy×Y_c1hx-I_pcc1hy；(2)

其中，I_c1hx和I_c1hy分别为用户侧h次发射谐波电流估计值的实部和虚部，而Y_c1hx和Y_c1hy分别为用户侧用电设备h次谐波导纳估计值的实部和虚部，U_pcchx、U_pcchy分别为公共连接点的h次谐波电压测量值经过傅立叶变换的实部和虚部，I_pcc1hx、I_pcc1hy分别为用户侧h次谐波电流测量值的实部和虚部；

所述偏最小二乘法计算单元将U_pcchx、U_pcchy的数据标准化处理后的数据构成偏最小二乘回归算法中的E₀，将I_pcc1hx、I_pcc1hy标准化处理后的数据分别构成偏最小二乘回归算法中的F₀，根据偏最小二乘回归算法求F₀对E₀的回归系数估计值，通过还原得到所述式(2)的回归系数Y_c1hx、Y_c1hy；

所述回带单元根据上述偏最小二乘法计算单元输出的Y_c1hx、Y_c1hy计算

将所述Y_c1hx、Y_c1hy带入所述方程展开单元的(2)式计算I_c1hx、I_c1hy，并获得

所述功率计算单元根据所述回带单元输出的所述用户侧用电设备h次发射谐波电流数据和该用电设备h次谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备所发射的h次谐波有功功率；

所述报警单元用于根据所述功率计算单元的输出结果进行判断，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息。

根据本发明所述的一种监测用户侧谐波污染系统的再一个进一步的方面，所述功率计算单元计算所述用户侧用电设备所发出的h次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c1h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c1h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}.$

根据本发明所述的一种监测用户侧谐波污染系统的另一个进一步的方面，所述计算所述用户侧用电设备所发出的h次谐波有功功率为：

其中

中的为第h次谐波

与向量夹角之间的差。

根据本发明所述的一种监测用户侧谐波污染系统的另一个进一步的方面，所述电流采集装置和电压采集装置向所述系统端发送采集数据的同时还发送所述电流采集装置和电压采集装置的唯一标识；所述分析服务器还包括匹配单元，分别与所述列方程单元和报警单元相连接，根据所述唯一标识与所述采集数据相应的用户信息，在所述报警单元发出报警信息时根据所述相应的用户信息向用户发送报警信息。

本发明实施例的有益效果在于，本发明能够较为合理的计量非线性负荷(即负荷阻抗的虚部不为零的负荷)所吸收或者发出的谐波功率，便于监测用户侧用电设备对电网的污染，以减小电网供电质量的波动。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1所示为现有技术波动量法电路图；

图1所示为现有技术双线性回归估计法电路图；

图3所示为本发明检测用户侧谐波发射水平的流程图；

图4所示为本发明谐波发射水平检测电路原理；

图5所示为本发明利用偏最小二乘回归算法计算用户侧谐波功率的流程图；

图6所示为本发明系统结构图；

图7所示为本发明分析服务器结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种监测用户侧谐波污染的方法及系统。以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图3所示为本发明检测用户侧谐波发射水平的流程图，步骤301，利用某个用户侧的电流采集装置获得用户侧的电流数据I_pccnh，利用公共连接点(PCC：Point of Common Coupling)的电压采集装置获得PCC点的电压数据U_pcch。

步骤302，所述电流采集装置和电压采集装置将所述采集到的数据向系统端发送，其中，在发送的过程中在所述采集数据中加入所述电流采集装置和/或电压采集装置的编号，或者IP地址，所述传送是通过互联网络或者无线网络进行传输。可以单独传送电流采集装置的编号(IP地址)或者单独传送电压采集装置的编号(IP地址)。

步骤303，所述系统端根据所述接收采集数据时接收到的电流采集装置和电压采集装置的编号或者IP地址信息，与数据库中存储的电流采集装置、电压采集装置和用电用户关系表进行匹配，确定所述采集数据对应的用户。

其中，公共连接点的电压采集装置的编号或者IP地址对应着多个用户的用电设备，所述用户侧的电流采集装置的编号或者IP地址对应着某一格用户的用电设备。所述编号或者IP地址是指不同电流采集装置或者电压采集装置的唯一标识，还可以采用其他标识方式，本例中只是列举了编号或者IP地址两种方式。

步骤304，所述系统端对所述采集到的用户侧电流数据和PCC点采集到的电压数据进行计算，利用偏最小二乘回归算法计算所述用户侧用电设备作为电流源某次谐波的发射有功功率。并判断当该谐波的发射有功功率大于某个门限值时，向管理人员发送报警信息。所述谐波的发射有功功率大于某个门限值说明用户侧的用电器发射的谐波对电网产生了污染，影响到电网中其他用户或者影响到供电系统。所述门限值是由管理人员事先预定的数值。

步骤305，所述报警信息通过屏幕或者报表的形式向所述管理人员显示，所述管理人员可以直接查看所述计算结果或者根据报警信息，对所述用户侧对谐波污染进行监视，并向所述用户发送警告信息，促使该用户改变用电方法，降低用户侧对电网的污染。

如图4所示为本发明谐波发射水平检测电路原理图，其中

为系统侧h次谐波电压源，

为系统侧h次谐波阻抗，

分别为两用户侧h次谐波阻抗，

分别为两用户h次谐波电流源，

为公共连接点的h次谐波电压，

为公共连接点h次的谐波电流，

分别为两用户支路h次谐波电流。

如图5所示为本发明利用偏最小二乘回归算法计算用户侧发射谐波功率的流程图，步骤501，根据上述电路原理图4，对节点a由基尔霍夫定律KCL可列出下列方程：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1h}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{pcch}}/{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{pcc}1h};---\left(1\right)$

步骤502，设

分别为

所对应的导纳值，其中

则上式按照实部和虚部展开：

I_c1hx＝U_pcchx×Y_c1hx-U_pcchy×Y_c1hy-I_pcc1hx；

I_c1hy＝U_pcchx×Y_c1hy+U_pcchy×Y_c1hx-I_pcc1hy；(2)

其中，I_c1hx和I_c1hy分别为用户侧用电设备发射谐波电流估计值的实部和虚部，而Y_c1hx和Y_c1hy分别为所述用电设备谐波导纳估计值的实部和虚部。

步骤503，其中未知变量分别为Y_c1hx，Y_c1hy，I_c1hx，I_c1hy，由电压采集装置采集PCC点连续几个周期的电压波形数据，即每周期128或256个点，n个周期，对每个周期的数据做傅里叶变换可得到该周期各次谐波电压复数即实部虚部U_pcchx、U_pcchy，将U_pcchx、U_pcchy的数据标准化处理后的数据构成偏最小二乘回归算法中的E₀，即将U_pcchx、U_pcchy作为E₀矩阵的两列。由电流采集装置采集连续几个周期的电流波形数据，然后对每周期做傅里叶变换可得各次谐波电流的复数值，即实部虚部I_pcc1hx、I_pcc1hy，将I_pcc1hx、I_pcc1hy标准化处理后的数据分别构成偏最小二乘回归算法中的F₀。因此，根据偏最小二乘回归分析方法可以由测量值(U_pcchx、U_pcchy、I_pcc1hx、I_pcc1hy)求取未知变量的估计值。可以求F₀对E₀的回归系数估计值，通过还原得到式(2)的回归系数Y_{c1 hx}、Y_c1hy。

步骤504，根据上述采用偏最小二乘回归算法得到的回归系数Y_c1hx、Y_{c1 hy}计算Z_c1hx、Z_c1hy，将上述Y_c1hx、Y_c1hy带入(2)式计算I_c1hx、I_c1hy，并最终利用I_c1hx、I_c1hy计算

步骤505，最终可以得到负荷1所发出的h次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c1h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c1h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}---\left(3\right)$

或者可以同过

计算负荷1所发出的h次谐波有功功率，其中

中的φ_1h为第h次谐波

与

向量夹角之间的差。

根据上述步骤401-步骤405，分析节点b，即可计算得Z_c2x、Z_c2y，从而根据(2)式计算I_c2hx、I_c2hy，再通过(1)式获得

该节点b负荷2所发出的h次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c2h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c2h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c2h}---\left(4\right)$

或者可以同过

计算负荷2所发出的h次谐波有功功率，其中

中的φ_2h为第h次谐波

与

向量夹角之间的差。

作为优选的实施例，以下为上述步骤503、504的具体计算过程：

1.测量PCC连接点的电压数据，表1为测量得到的PCC连接点电压数据，每列为一个周期128点PCC点测量的电压数据，5列为5个周期，其中只列出了前面10行数据。

表1

196.28	196.62	196.92	196.05	197.29
					149.47	148.26	148.76	148.29	148.44
65.62	64.534	64.887	65.46	64.632
					-19.545	-19.875	-19.96	-19.313	-18.985
-73.594	-74.266	-73.548	-73.502	-74.251
					-79.126	-78.999	-78.456	-78.234	-79.028
-33.703	-34.179	-33.585	-33.161	-34.283
					42.564	43.457	44.237	43.28	43.4
126.79	126.93	127.62	126.38	127.54
					189.67	189.13	189.59	189.57	189.97

2.原始数据每周期做一次傅里叶变换(FFT)，变换后得到的复数值如表2所示，第一行为基波数据，2到20行分别为2次谐波到20次谐波电压复数值，其中只列出前面5行数据，1到5列分别为5个周期数据。

表2

3.以三次谐波为例，取上述表2中的三次谐波复数，计算每个复数的幅值和相角，进而得到电压复数的实部和虚部U_pcc3x、U_pcc3y。

计算公式如下：

U₁＝(abs(q1))’；％计算电压的幅值，abs为MATLAB(一款数学软件)中自带函数，用于计算向量的幅值。

U₂＝(angle(q1))’；％计算电压相角，angle为MATLAB中自带函数，用于计算向量的相角。

U_pcc3x＝U₁*cos(U₂)；％计算电压实部。

U_pcc3y＝U₁*sin(U₂)；％计算电压虚部。

其中q1为三次谐波电压的复数值，1行5列矩阵。

表3为测量得到的用户侧支路电流数据，每列为一个周期128点电流采集装置采集的电流数据，5列为5个周期，其中只列出了前面10行数据。

表3

10.385	10.451	10.452	10.474	10.487
					10.292	10.334	10.339	10.364	10.364
12.032	12.069	12.075	12.115	12.099
					15.903	15.947	15.947	15.992	15.992
21.281	21.318	21.331	21.369	21.352
					26.905	26.953	26.967	27.008	26.986
31.459	31.497	31.515	31.56	31.528
					33.916	33.975	33.999	34.023	34.007
34.031	34.082	34.109	34.122	34.125
					32.172	32.211	32.238	32.266	32.262

原始数据每周期做一次傅里叶变换(FFT)，变换后得到的复数值如表4所示，第一行为基波数据，2到20行分别为2次谐波到20次谐波电流复数值，其中只列出前面5行数据，1到5列分别为5个周期数据。

表4

以三次谐波为例，取上述表4中的三次谐波复数，计算每个复数的幅值和相角，进而得到电流复数的实部和虚部I_pcc3x、I_pcc3y。

计算公式如下：

I₁₁＝(abs(w1))’；％计算电流幅值。

I₂₂＝(angle(w1))’；％计算电流相角。

I_pcc3x＝I₁₁*cos(I₂₂)；％计算电流实部。

I_pcc3y＝I₁₁*sin(I₂₂)；％计算电流虚部。

其中w1为三次谐波用户侧支路电流的复数值，1行5列矩阵。

4.根据展开公式I_c3x＝U_pcc3x×Y_c3x-U_pcc3y×Y_c3y-I_pcc3x，在本例中为三次谐波，将X＝[U_pcc3x，-U_pcc3y]，Y＝I_pcc3x，

将以上值带入偏最小二乘算法公式：

记F₀是Y的标准化变量：

$F_{0i}=\frac{y_i-\stackrel{\‾}{y}}{s_y},$ i＝1，2.....n；

式中

是y的均值，s_y是y的标准差。

而记E₀是X的标准化矩阵，将E₀的每一列，即U_pcc3x和-U_pcc3y进行如上F₀的标准化。

将E₀和F₀带如以下公式计算回归系数：

θ²＝||E₀′F₀||²

${\mathrm{\ω}}_1=\frac{1}{\mathrm{\θ}}{E}_{0^{\′}}{u}_1=\frac{{E_0}^{\′}{F}_0}{\left|\right|{E_0}^{\′}{F}_0\left|\right|}$

因为E₀，F₀均是单位向量，所以

${E_0}^{\′}F=[{E_{01}}^{\′}...{E_{0P}}^{\′}]F_0=[r(x_1,y)...r(x_p,y)]w_1=\frac{1}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{r}^2(y,x_i)}}\left(\begin{array}{c}r(y,x_1)\\ r(y,x_2)\\ r(y,x_3)\end{array}\right)$

下面实施E₀以及F₀对t₁的回归，即

E₀＝t₁p′₁+E₁

F₀＝t₁r′₁+F₁

$p_1=\frac{{E_0}^{\′}{t}_1}{{\left|\right|t_1\left|\right|}^2},r_1=\frac{{F_0}^{\′}{t}_1}{{\left|\right|t_1\left|\right|}^2}$

式中p₁和r₁是回归系数，E₁和F₁记为残差矩阵，然后进行第二步，以E₁和F₁分别取代E₀和F₀继续上述，直到满足足够的精度，算法终止。

通过以上步骤可计算得到用户侧导纳Y_c3x、Y_c3y，将其带入I_c3x＝U_pcc3x×Y_c3x-U_pcc3y×Y_c3y-I_pcc3x，即可计算得到I_c3x。

5.根据展开公式I_c3y＝U_pcc3x×Y_c3y+U_pcc3y×Y_c3x-I_pcc3y，在本例中为三次谐波，将步骤4中得到的Y_c3x、Y_c3y，将其带入展开公式I_c3y＝U_pcc3x×Y_c3y+U_pcc3y×Y_c3x-I_pcc3y，即可计算得到I_c3y。

通过I_c3x和I_c3y计算得到用户侧用电设备发射的电流

通过Y_c3x、Y_c3y计算出

该用户侧所发出的3次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c3}={{\stackrel{\·}{I}}_{c3}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c3}.$

如图6所示为本发明系统结构图，包括用电设备601，电流采集装置602，电压采集装置603，电网604，互联网605，分析服务器606，数据库607。所述用电设备601与电网604相连接，以获取电网的电能输入，在所述用电设备601与电网604连接中还依次连接有电流采集装置602和电压采集装置603，所述电能采集装置602通过互联网604与分析服务器605相连接，所述分析服务器605与数据库相连接。

所述用电设备601为用户侧的用电设备，由于用电设备的不同，可能用户侧的用电设备会产生影响电网的谐波。

所述电流采集装置602，连接于用电设备601，采集用电设备处电流数据。并可以将该电流采集装置602的编号或者IP地址连同所述电流数据发送给分析服务器606。

所述电压采集装置603，连接于PCC点，用于采集PCC点的电压数据。并可以将该电流采集装置603的编号或者IP地址连同所述电流数据发送给分析服务器606。

电网604，向不同的用电设备601进行供电。

互联网605，分析服务器605通过所述互联网605分别连接电流采集装置602和电压采集装置603，用于传送所述电流采集装置602和电压采集装置603发送的数据。

作为优选的实施例，分析服务器605通过无线网络分别与电流采集装置602和电压采集装置603相连接，即，使用无线网络代替本例中的互联网605。或者还可以使用现有的电网通信网络传送所述电流采集装置602和电压采集装置603发送的数据。

数据库607，用于存储电流采集装置和电压采集装置编号与用户之间关系表。

分析服务器606，用于根据所述采集的电流数据和电压数据，使用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备601发射的某次谐波有功功率。根据所述电流采集装置602和/或电压采集装置603编号或者IP地址找出与所述传送数据相对应的用户，当所述用户侧用电设备601的发射谐波有功功率大于某个预设的门限值，则向管理人员发送报警信息，并向所对应的用户发送报警信息。向所述管理人员和用户发送报警信息，可以使用短信息的方式，或者发送电子邮件的形式，或者向管理人员的显示器发送提示信息。

如图7所示为本发明分析服务器结构图，包括匹配单元701，列方程单元702，方程展开单元703，偏最小二乘法计算单元704，回带单元705，功率计算单元706，报警单元707。

所述匹配单元701分别与所述列方程单元702和报警单元707，所述列方程单元702与所述方程展开单元703相连接，所述方程展开单元703与所述偏最小二乘法计算单元704相连接，所述回带单元705分别与所述方程展开单元703和所述偏最小二乘法计算单元704相连接，所述回带单元705与所述功率计算单元706相连接，所数功率计算单元706与所述报警单元707相连接。

所述匹配单元701，将接收到的电压采集装置和电流采集装置的编号或者IP地址与数据库中存储的电流采集装置、电压采集装置和用电用户关系表进行匹配，确定所述采集数据对应的用户及其联系方式。

所述列方程单元702，用于根据上述电路原理图4，对节点a由基尔霍夫定律KCL可列出下列方程：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1h}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{pcch}}/{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{pcc}1h};---\left(1\right)$

所述方程展开单元703，设

分别为

所对应的导纳值，用于将所述列方程单元702输出的(1)式按照实部和虚部展开：

I_c1hx＝U_pcchx×Y_c1hx-U_pcchy×Y_c1hy-I_pcc1hx；

I_c1hy＝U_pcchx×Y_c1hy+U_pcchy×Y_c1hx-I_pcc1hy；(2)

所述偏最小二乘法计算单元704，由电压采集装置603采集PCC点连续几个周期的电压波形数据，即每周期128或256个点，n个周期，对每个周期的数据做傅里叶变换可得到该周期各次谐波电压复数即实部虚部U_pcchx、U_{pcch y}，将U_pcchx、U_pcchy的数据标准化处理后的数据构成偏最小二乘回归算法中的E₀，即将U_pcchx、U_pcchy作为E₀矩阵的两列。由电流采集装置602采集连续几个周期的电流波形数据，然后对每周期做傅里叶变换可得各次谐波电流的复数值，即实部虚部I_pcc1hx、I_pcc1hy，将I_pcc1hx、I_pcc1hy标准化处理后的数据分别构成偏最小二乘回归算法中的F₀。因此，根据偏最小二乘回归分析方法可以由测量值(U_pcchx、U_pcchy、I_pcc1hx、I_pcc1hy)求取未知变量的估计值。可以求F₀对E₀的回归系数估计值，通过还原得到所述方程展开单元703输出的(2)式的回归系数Y_c1hx、Y_c1hy。

所述回带单元705，根据上述偏最小二乘法计算单元704输出的回归系数Y_c1hx、Y_c1hy计算Z_c1hx、Z_c1hy，根据所述回归系数Y_c1hx、Y_c1hy利用方程展开单元703输出的(2)式计算I_c1hx、I_c1hy，并最终根据I_c1hx、I_c1hy获得

其中，I_c1hx和I_c1hy分别为用户侧用电设备a发射谐波电流估计值的实部和虚部，而Z_c1hx和Z_c1hy分别为用户侧用电设备a谐波阻抗估计值的实部和虚部。

所述功率计算单元706，最终可以根据所述回带单元705输出的结果得到负荷1所发出的h次谐波有功功率：

${\stackrel{\·}{P}}_{c1h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c1h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}---\left(3\right)$

或者可以同过

计算负荷1所发出的h次谐波有功功率，其中

中的φ_1h为第h次谐波

与向量夹角之间的差。

所述报警单元707，从所述匹配单元701中获得所数采集数据与相应用户的数据，判断所述功率计算单元705输出的负荷1所发出的h次谐波有功功率大于一个预先设定的门限值时，则向相应的管理人员和/或用户发送报警信息，其可以通过短信息的接口或者电子邮件的接口向所述管理人员和/或用户发送报警信息。

本发明的有益效果在于，采用偏最小二乘回归模型来完成对谐波源的辨识，能够比较准确的得到系统侧和用户侧各自发出的谐波电流。能够在自变量存在严重相关性的条件下进行回归建模；允许在样本点个数少于变量个数的条件下进行回归建模。

本发明能够较为合理的计量非线性负荷(即其阻抗的虚部不为零)所吸收或者发出的谐波功率，便于监测用户侧用电设备对电网的污染，以减小电网供电质量的波动。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种监测用户侧谐波污染的方法，其特征在于该方法包括，利用电流采集装置采集用户侧用电设备电流数据，利用电压采集装置采集公共连接点电压数据，将所述电流数据和公共连接点电压数据传回系统端，在所述系统端利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备的谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息；

其中，在所述系统端利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备的谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率包括：

建立用户侧用电设备方程：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1h}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{pcch}}/{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{pcc}1h}---\left(1\right)$

其中

为所述用户侧用电设备h次发射谐波电流估计值，

为用户侧用电设备h次谐波阻抗估计值，为公共连接点的h次谐波电压测量值，

为用户侧h次谐波的电流测量值；

设

为

所对应的导纳值，将(1)式按照实部、虚部展开：

I_c1hx＝U_pcchx×Y_c1hx-U_pcchy×Y_c1hy-I_pcc1hx；

I_c1hy＝U_pcchx×Y_c1hy+U_pcchy×Y_c1hx-I_pcc1hy；    (2)

其中，I_c1hx和I_c1hy分别为用户侧h次发射谐波电流估计值的实部和虚部，而Y_c1hx和Y_c1hy分别为用户侧用电设备h次谐波导纳估计值的实部和虚部，U_pcchx、U_pcchy分别为公共连接点的h次谐波电压测量值经过傅立叶变换的实部和虚部，I_pcc1hx、I_pcc1hy分别为用户侧h次谐波电流测量值经过傅立叶变换的实部和虚部；

将所述U_pcchx、U_pcchy的数据标准化处理后的数据构成偏最小二乘回归算法中的E₀，将所述I_pcc1hx、I_pcc1hy标准化处理后的数据分别构成偏最小二乘回归算法中的F₀，根据偏最小二乘回归算法求F₀对E₀的回归系数估计值，通过还原得到所述式(2)的回归系数Y_c1hx、Y_c1hy；

根据上述Y_c1hx、Y_c1hy计算

再将上述Y_c1hx、Y_c1hy带入(2)式计算I_{c1 hx}、I_c1hy，并获得

根据所述计算出的所述用户侧用电设备发射h次谐波电流源电流和用户侧用电设备h次谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备所发出的h次谐波有功功率。

2.根据权利要求1所述的一种监测用户侧谐波污染的方法，其特征在于，所述计算所述用户侧用电设备所发射的h次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c1h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c1h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}.$

3.根据权利要求1所述的一种监测用户侧谐波污染的方法，其特征在于，所述计算所述用户侧用电设备所发射的h次谐波有功功率为：

其中中的

为第h次谐波与

向量夹角之间的差。

4.根据权利要求1所述的一种监测用户侧谐波污染的方法，其特征在于，将电流数据和公共连接点电压数据传回系统端还包括，将电流采集装置和/或电压采集装置的唯一标识传送给所述系统端，所述系统端根据所述唯一标识确定与所述采集数据相应的用户信息；在发出报警信息时根据所述相应的用户信息向用户发送报警信息。

5.一种监测用户侧谐波污染的系统，其特征在于该系统包括，位于公共连接点的电压采集装置，用于采集用户侧用电设备电流数据的电流采集装置，将所述电压采集装置和电流采集装置的采集结果传送给系统端的网络，连接所述网络接收所述采集结果进行计算、分析，并发出报警信息的系统端；

所述系统端根据所述采集结果利用偏最小二乘回归算法计算用户侧用电设备发射谐波的电流数据和该用电设备谐波阻抗值，获得所述用户侧用电设备发射谐波的有功功率，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息；

其中所述系统端包括分析服务器和数据库，其中分析服务器与所述网络相连接，该分析服务器还包括，列方程单元，方程展开单元，偏最小二乘法计算单元，回带单元，功率计算单元，报警单元；

列方程单元与方程展开单元相连接，所述方程展开单元与偏最小二乘法计算单元相连接，所述回带单元分别与所述方程展开单元、偏最小二乘法计算单元相连接，所述功率计算单元与所述回带单元相连接，所述功率计算单元与所述报警单元相连接；

所述列方程单元建立用户侧用电设备方程：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1h}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{pcch}}/{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{pcc}1h}---\left(1\right)$

其中

为所述用户侧用电设备h次发射谐波电流估计值，

为用户侧用电设备h次谐波阻抗估计值，

为公共连接点的h次谐波电压测量值，

为用户侧h次谐波电流测量值；

所述方程展开单元设

为

所对应的导纳值，将(1)式按照实部、虚部展开：

I_c1hx＝U_pcchx×Y_c1hx-U_pcchy×Y_c1hy-I_pcc1hx；

I_c1hy＝U_pcchx×Y_c1hy+U_pcchy×Y_c1hx-I_pcc1hy；    (2)

其中，I_c1hx和I_c1hy分别为用户侧h次发射谐波电流估计值的实部和虚部，而Y_c1hx和Y_c1hy分别为用户侧用电设备h次谐波导纳估计值的实部和虚部，U_pcchx、U_pcchy分别为公共连接点的h次谐波电压测量值经过傅立叶变换的实部和虚部，I_pcc1hx、I_pcc1hy分别为用户侧h次谐波电流测量值的实部和虚部；

所述偏最小二乘法计算单元将U_pcchx、U_pcchy的数据标准化处理后的数据构成偏最小二乘回归算法中的E₀，将I_pcc1hx、I_pcc1hy标准化处理后的数据分别构成偏最小二乘回归算法中的F₀，根据偏最小二乘回归算法求F₀对E₀的回归系数估计值，通过还原得到所述式(2)的回归系数Y_c1hx、Y_c1hy；

所述回带单元根据上述偏最小二乘法计算单元输出的Y_c1hx、Y_c1hy计算

将所述Y_c1hx、Y_c1hy带入所述方程展开单元的(2)式计算I_c1hx、I_c1hy，并获得

所述功率计算单元根据所述回带单元输出的所述用户侧用电设备h次发射谐波电流数据和该用电设备h次谐波阻抗值，计算所述用户侧用电设备所发射的h次谐波有功功率；

所述报警单元用于根据所述功率计算单元的输出结果进行判断，当所述发射谐波的有功功率超过预先设定的门限值时，发出报警信息。

6.根据权利要求5所述的一种监测用户侧谐波污染的系统，其特征在于，所述功率计算单元计算所述用户侧用电设备发射的h次谐波有功功率为：

${\stackrel{\·}{P}}_{c1h}={{\stackrel{\·}{I}}_{c1h}}^2\×{\stackrel{\·}{Z}}_{c1h}.$

7.根据权利要求5所述的一种监测用户侧谐波污染的系统，其特征在于，所述计算所述用户侧用电设备所发射的h次谐波有功功率为：

其中中的

为第h次谐波与

向量夹角之间的差。

8.根据权利要求5所述的一种监测用户侧谐波污染的系统，其特征在于，所述电流采集装置和电压采集装置向所述系统端发送采集数据的同时还发送所述电流采集装置和/或电压采集装置的唯一标识；所述分析服务器还包括匹配单元，分别与所述列方程单元和报警单元相连接，根据所述唯一标识与所述采集数据相应的用户信息，在所述报警单元发出报警信息时根据所述相应的用户信息向用户发送报警信息。

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