CN104502704A - 一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法，在多谐波源条件下，首先利用主导波动量法估算出系统谐波阻抗，然后根据背景谐波电压的变化情况，采用均值漂移算法对背景谐波电压数据进行聚类处理，按照背景谐波电压值分为不同的数据段。最后利用偏最小二乘法求取各个数据段谐波责任，加权求和即得关注时间段内的谐波责任。该方法提高了谐波责任计算的准确度，能有效地克服背景谐波电压变化对谐波责任计算的影响。

Description

一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法

技术领域

本发明涉及一种的谐波责任计算方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，用电负荷日趋复杂化和多样化。大量具有非线性特征的负荷会给电力系统注入过多的高次谐波，对电力系统包括用户的安全、经济运行产生危害和影响。谐波含量的增加，会使电气设备过热、产生振动和噪声，发生绝缘老化，使用寿命缩短，甚至故障或烧毁，同时可能引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱，对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。因此有效控制电网中的谐波水平是亟待解决的问题，而准确合理地划分各谐波源的谐波责任，是有效治理谐波的重要前提。

大量事实证明，在实际系统中，公共连接点处的谐波问题往往不是由单个谐波源引起的，而是由多个谐波源负荷共同作用的结果。特别是在含有多个谐波源的配电网系统中，多谐波源的责任评估问题普遍存在。目前，国内外对各馈线的谐波责任计算的研究主要集中在划分公共连接点(PCC点)两侧各自对PCC点谐波污染的责任，划分的主要依据是用户与系统双方注入的谐波电流分别在PCC点所引起的谐波电压。现有的多个谐波源的谐波责任计算方法，都假定背景(系统产生)的谐波电压及谐波阻抗是不变的，均未考虑到背景谐波电压变化对谐波责任计算精度的影响。然而在实际情况中背景谐波电压往往是变化的，且背景谐波电压变化导致现有方法的估算误差较大。因此在多谐波源条件下，如何在背景谐波电压变化情况下准确计算各谐波源的谐波责任，是目前谐波检测与辨识领域亟待解决的一个重要问题，对谐波的综合治理具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服背景谐波电压变化给谐波责任计算带来的误差，更准确地计算谐波责任。

本发明为实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法，其步骤为：

A、数据采集

采样得到时刻n的母线即公共连接点的谐波电压v(n)及馈线k上的谐波电流I_k(n)，将n＝1～N时刻的谐波电压v(n)组成母线谐波电压向量V，V＝[v(1),v(2),…v(n)…v(N)]^T；同时，将馈线k上n＝1～N时刻的谐波电流i_k(n)组成馈线k的谐波电流向量I_k，I_k＝[i_k(1),i_k(2),…i_k(n)…i_k(N)]^T，再将所有馈线上的谐波电流向量I_k组成馈线谐波电流矩阵I，I＝[I₁,I₂,…I_k…,I_K]，k为馈线的序号，K为馈线的条数，T为矩阵的转置；

B、数据预处理及谐波责任计算

B1、背景谐波电压向量的计算：根据母线谐波电压向量V、馈线谐波电流矩阵I，利用主导波动量法求得系统谐波阻抗Z_s，再求得背景谐波电压向量V₀，V₀＝[v₀(1),v₀(2),…v₀(n)…v₀(N)]^T＝V-Z_sI_pcc，其中I_pcc为公共连接点电流向量，等于各条馈线电流向量I_k之和，

B2、采用均值漂移算法对背景谐波电压向量进行分段处理：

B21、随机选取背景谐波电压向量V₀中的一个元素作为中心v′₀；

B22、选出满足的所有元素，计算这些元素的均值其中h为分段参数，其取值范围为5％～15％；

B23、如则将这些元素的均值作为新的中心，返回步骤B22；如则将这些元素按时刻n从小到大排列，组成背景谐波电压向量段V_0,j，V_0,j＝[v_0,j1,v_0,j2...v_0,jl...v_0,jL]，j为背景向量段的序号，j＝1～J，jl为背景谐波电压向量段V_0,j元素的序号，jL为第j个向量段的元素个数；返回步骤B21，直至所有数据全部提取；

B24、将第j段背景谐波电压向量段V_0,j中的背景谐波电压v_0,l所对应的母线谐波电压v(n)，组成第j段谐波电压向量段V(j)；将第j段背景谐波电压向量段V_0,j中的背景谐波电压v_0,l所对应的各条馈线的谐波电流i_k(n)，组成各条馈线的谐波电流向量段I_k(j)，进而组成谐波电流子矩阵I(j)＝[I₁(j),I₂(j),…I_k(j)…I_K(j)]；

B3、谐波责任计算：根据提取的谐波电压向量段V(j)，谐波电流子矩阵I(j)，利用偏最小二乘法得到馈线k的第j段谐波责任u_k(j)；加权求和得到1～N时刻的测试时间段内馈线k的谐波责任u_k，其中ω(j)为第j段的权重，

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明首先利用主导波动量法估算出系统谐波阻抗，从而有效抑制背景谐波和测量噪声波动对系统谐波阻抗估计结果的影响，准确估算出系统谐波阻抗，进而可用已知量将背景谐波电压表示出来；然后根据背景谐波电压的变化情况，采用均值漂移算法对背景谐波电压数据进行聚类处理，按照背景谐波电压值分为不同的数据段(向量段)，这样就可将变化的背景谐波电压转换为不变的背景谐波电压，从而有效地减少了背景谐波电压对各馈线谐波责任计算的影响；最后利用偏最小二乘法求取各个数据段谐波责任，加权求和即得关注时间段内的谐波责任。该方法提高了谐波责任计算的准确度，能有效地克服背景谐波电压变化对谐波责任计算的影响。

进一步，本发明中所述的步骤B1中计算系统谐波阻抗的主导波动量方法的具体操作是：

B11、计算公共连接点时刻n的谐波电流波动量Δi_pcc(n)，

Δi_pcc(n)＝i_pcc(n)-i_pcc(n-1)     (1)

再计算出1-N时刻的谐波电流波动量的均值和方差

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}\left(n\right)---\left(2\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}^2=\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}\left(n\right)-\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}{|}^2---\left(3\right)$

选出满足下式的谐波电流波动量Δi_pcc，组成计算谐波阻抗的谐波电流波动量向量ΔI_pcc，

$(\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}\left(n\right)-\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}})/{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}>\mathrm{\α}---\left(4\right)$

其中α为奈尔系数，取值为1～1.5；

B12、将式(1)～(4)中的Δi_pcc(n)替换为谐波电压波动量Δv(n)，i_pcc(n)替换为谐波电压v(n)，即可得到组成计算谐波阻抗的谐波电压波动量向量ΔV；

B13、计算得出系统谐波阻抗Z_s，

这样，就可准确计算出系统谐波阻抗，有效抑制了背景谐波和测量噪声波动对系统谐波阻抗估计结果的影响。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明的仿真电路示意图。

图中：Line1表示馈线1；Line2表示馈线2；Line3表示馈线3

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法，其步骤为：

A、数据采集

采样得到时刻n的母线即公共连接点的谐波电压v(n)及馈线k上的谐波电流I_k(n)，将n＝1～N时刻的谐波电压v(n)组成母线谐波电压向量V，V＝[v(1),v(2),…v(n)…v(N)]^T；同时，将馈线k上n＝1～N时刻的谐波电流i_k(n)组成馈线k的谐波电流向量I_k，I_k＝[i_k(1),i_k(2),…i_k(n)…i_k(N)]^T，再将所有馈线上的谐波电流向量I_k组成馈线谐波电流矩阵I，I＝[I₁,I₂,…I_k…,I_K]，k为馈线的序号，K为馈线的条数，T为矩阵的转置；

B、数据预处理及谐波责任计算

B1、背景谐波电压向量的计算：根据母线谐波电压向量V、馈线谐波电流矩阵I，利用主导波动量法求得系统谐波阻抗Z_s，再求得背景谐波电压向量V₀，V₀＝[v₀(1),v₀(2),…v₀(n)…v₀(N)]^T＝V-Z_sI_pcc，其中I_pcc为公共连接点电流向量，等于各条馈线电流向量I_k之和，

B2、采用均值漂移算法对背景谐波电压向量进行分段处理：

B21、随机选取背景谐波电压向量V₀中的一个元素作为中心v′₀；

B22、选出满足的所有元素，计算这些元素的均值其中h为分段参数，其取值范围为5％～15％；

B23、如则将这些元素的均值作为新的中心，返回步骤B22；如则将这些元素按时刻n从小到大排列，组成背景谐波电压向量段V_0,j，V_0,j＝[v_0,j1,v_0,j2...v_0,jl...v_0,jL]，j为背景向量段的序号，j＝1～J，jl为背景谐波电压向量段V_0,j元素的序号，jL为第j个向量段的元素个数；返回步骤B21，直至所有数据全部提取；

B24、将第j段背景谐波电压向量段V_0,j中的背景谐波电压v_0,l所对应的母线谐波电压v(n)，组成第j段谐波电压向量段V(j)；将第j段背景谐波电压向量段V_0,j中的背景谐波电压v_0,l所对应的各条馈线的谐波电流i_k(n)，组成各条馈线的谐波电流向量段I_k(j)，进而组成谐波电流子矩阵I(j)＝[I₁(j),I₂(j),…I_k(j)…I_K(j)]；

B3、谐波责任计算：根据提取的谐波电压向量段V(j)，谐波电流子矩阵I(j)，利用偏最小二乘法得到馈线k的第j段谐波责任u_k(j)；加权求和得到1～N时刻的测试时间段内馈线k的谐波责任u_k，其中ω(j)为第j段的权重，

本例中所述的步骤B1中计算系统谐波阻抗的主导波动量方法的具体操作是：

B11、计算公共连接点时刻n的谐波电流波动量Δi_pcc(n)，

Δi_pcc(n)＝i_pcc(n)-i_pcc(n-1)    (1)

再计算出1-N时刻的谐波电流波动量的均值和方差

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}\left(n\right)---\left(2\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}^2=\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}\left(n\right)-\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}{|}^2---\left(3\right)$

选出满足下式的谐波电流波动量Δi_pcc，组成计算谐波阻抗的谐波电流波动量向量ΔI_pcc，

$(\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}\left(n\right)-\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}})/{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{pcc}}}>\mathrm{\α}---\left(4\right)$

其中α为奈尔系数，取值为1～1.5；

B12、将式(1)～(4)中的Δi_pcc(n)替换为谐波电压波动量Δv(n)，i_pcc(n)替换为谐波电压v(n)，即可得到组成计算谐波阻抗的谐波电压波动量向量ΔV；

B13、计算得出系统谐波阻抗Z_s，

为验证本发明在背景谐波电压变化情况下的谐波责任计算的精度，建立图1所示电路图，以5次谐波为例，计算各馈线的谐波责任，系统参数设置如下表所示。

系统侧谐波等效电流源和各馈线等效电流源的幅值波动均为±15％，量测时间N＝1440，奈尔系数α＝1.1，分段参数h＝10％。分别用本发明算法和稳健回归方法对谐波责任进行计算。本发明方法与稳健回归方法的计算结果如下表所示。由表中数据可见，本发明方法能有效地克服背景谐波电压变化对谐波责任计算的影响，提高了谐波责任计算的准确度。

Claims (2)

1.一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法，其步骤为：

A、数据采集

采样得到时刻n的母线即公共连接点的谐波电压v(n)及馈线k上的谐波电流I_k(n)，将n＝1～N时刻的谐波电压v(n)组成母线谐波电压向量V，V＝[v(1),v(2),…v(n)…v(N)]^T；同时，将馈线k上n＝1～N时刻的谐波电流i_k(n)组成馈线k的谐波电流向量I_k，I_k＝[i_k(1),i_k(2),…i_k(n)…i_k(N)]^T，再将所有馈线上的谐波电流向量I_k组成馈线谐波电流矩阵I，I＝[I₁,I₂,…I_k…,I_K]，k为馈线的序号，K为馈线的条数，T为矩阵的转置；

B、数据预处理及谐波责任计算

B1、背景谐波电压向量的计算：根据母线谐波电压向量V、馈线谐波电流矩阵I，利用主导波动量法求得系统谐波阻抗Z_s，再求得背景谐波电压向量V₀，V₀＝[v₀(1),v₀(2),…v₀(n)…v₀(N)]^T＝V-Z_sI_pcc，其中I_pcc为公共连接点电流向量，等于各条馈线电流向量I_k之和，

B2、采用均值漂移算法对背景谐波电压向量进行分段处理：

B21、随机选取背景谐波电压向量V₀中的一个元素作为中心v′₀；

B22、选出满足的所有元素，计算这些元素的均值其中h为分段参数，其取值范围为5％～15％；

B23、如则将这些元素的均值作为新的中心，返回步骤B22；如则将这些元素按时刻n从小到大排列，组成背景谐波电压向量段V_0,j，V_0,j＝[v_0,j1,v_0,j2...v_0,jl...v_0,jL]，j为背景向量段的序号，j＝1～J，jl为背景谐波电压向量段V_0,j元素的序号，jL为第j个向量段的元素个数；返回步骤B21，直至所有数据全部提取；

B24、将第j段背景谐波电压向量段V_0,j中的背景谐波电压v_0,l所对应的母线谐波电压v(n)，组成第j段谐波电压向量段V(j)；将第j段背景谐波电压向量段V_0,j中的背景谐波电压v_0,l所对应的各条馈线的谐波电流i_k(n)，组成各条馈线的谐波电流向量段I_k(j)，进而组成谐波电流子矩阵I(j)＝[I₁(j),I₂(j),…I_k(j)…I_K(j)]；

B3、谐波责任计算：根据提取的谐波电压向量段V(j)，谐波电流子矩阵I(j)，利用偏最小二乘法得到馈线k的第j段谐波责任u_k(j)；加权求和得到1～N时刻的测试时间段内馈线k的谐波责任u_k，其中ω(j)为第j段的权重，。

2.如权利1所述的一种适用于背景谐波电压变化的谐波责任计算方法，其特征在于：所述的步骤B1中计算系统谐波阻抗的主导波动量方法的具体操作是：

B11、计算公共连接点时刻n的谐波电流波动量Δi_pcc(n)，

Δi_pcc(n)＝i_pcc(n)-i_pcc(n-1)   (1) 

再计算出1-N时刻的谐波电流波动量的均值和方差

选出满足下式的谐波电流波动量Δi_pcc，组成计算谐波阻抗的谐波电流波动量向量ΔI_pcc，

其中α为奈尔系数，取值为1～1.5；

B12、将式(1)～(4)中的Δi_pcc(n)替换为谐波电压波动量Δv(n)，i_pcc(n)替换为谐波电压v(n)，即可得到组成计算谐波阻抗的谐波电压波动量向量ΔV；

B13、计算得出系统谐波阻抗Z_s，