CN104899648A - 基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，包括如下步骤：1)根据性能指标建立性能评价函数；2)根据运行参数建立工况类型划分算法；3)初始化历史库、最优库及时间计数器；4)实时监测感应滤波换流变压器的性能指标及运行参数，计算综合性能指数及划分工况类型，更新历史库及最优库；5)根据最优库，优化感应滤波换流变压器的运行参数。本发明建立了对感应滤波换流变压器噪声及谐波的综合评价函数，及运行参数的工况类型划分算法，通过海量历史数据，综合评估运行工况与性能指标之间的关系，得出相似工况下感应滤波换流变压器的最佳运行状态，并提供优化建议，从而达到节能、降噪、降低谐波对电网影响的目的。

Description

基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法。

背景技术

随着直流输电系统在长距离输电等领域的广泛应用，换流变压器作为直流输电系统重要组成部分，在它节能、降噪以及抑制电力电子元器件产生的谐波对电网影响方面的研究得到广泛的重视。感应滤波技术在换流变压器上的应用一方面取得了有源滤波器对于抑制谐波以及由于谐波等造成的噪音的效果，另一方面克服了有源滤波在监测谐波以及跟踪谐波调节等方面的难题。

感应滤波换流变压器各个运行指标都有一个运行最优值(目标值)，即感应滤波换流变压器在当前运行条件下所能达到的最佳值，对于多个运行指标可以通过加权方式取得根据实际需求的总体指标最优。运行指标的实时值和目标值之间的接近程度可以定量的反映运行水平的高低。因此，目标值是衡量感应滤波换流变压器运行水平的比较基准，也是运行指标好坏的评价标准，运行人员以缩小运行指标的实时值与目标值之间的偏差为目标进行操作、优化运行。

目前对于感应滤波换流变压器的运行指标，如噪音、谐波等都是独立监控，而这些指标对感应滤波换流变压器的运行性能的影响却不是独立的，因此现有的独立监控、独立优化的方法无法为感应滤波换流变压器设定多运行指标的最优目标值，从而通过调整运行参数使感应滤波换流变压器的运行参数达到综合最优。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够对感应滤波换流变压器的运行情况进行综合评价，得出反映感应滤波换流变压器多运行指标的最优目标值，以实现节能、降噪以及降低谐波对电网影响的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，具体步骤包括：

1)根据感应滤波换流变压器的性能指标建立用于评价综合性能指数的性能评价函数；

2)根据感应滤波换流变压器的运行参数建立用于划分工况类型的工况类型划分算法；

3)初始化用于记录所述运行参数、性能指标及时间的历史库，用于记录所述历史库中各工况类型对应综合性能指数最优数据的最优库，及用于判断优化周期的时间计数器；

4)实时监控感应滤波换流变压器的性能指标及运行参数，通过所述性能评价函数评价综合性能指数，通过工况类型划分算法划分工况类型，更新所述历史库和最优库；

5)根据最优库，优化感应滤波换流变压器的当前运行参数。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中建立的性能评价函数如式(1)所述，

P_total＝w_loss×l+w_noise×n+w_hamonic×h   (1)

式(1)中，P_total为性能总指标，l为谐波损耗、n为噪声、h为网侧谐波总畸变率，l、n、h均为感应滤波换流变压器的性能指标，w_loss为谐波损耗l的加权系数、w_noise为噪音n的加权系数、w_hamonic为网侧谐波总畸变率h的加权系数。

作为本发明的进一步改进，步骤2)中建立的工况类型划分算法是以感应滤波换流变压器在某一时刻的一组运行参数作为输入，计算得出该组运行参数聚类类型的聚类算法，所述聚类类型即感应滤波换流变压器在该时刻运行参数对应的工况类型，所述运行参数包括视在功率S、功率因子和负载电压V。

作为本发明的进一步改进，所述步骤4)的具体步骤包括：

4.1)实时监控感应滤波换流变压器的当前性能指标及当前运行参数，通过性能评价函数计算出当前综合性能指数，通过工况类型划分算法计算当前工况类型；

4.2)将当前数据存入历史库中，所述当前数据包括运行参数、性能指标、工况类型及时间；

4.3)判断最优库中是否记录有当前工况类型的数据，有则跳转到步骤4.4)，否则跳转到步骤4.7)；

4.4)判断当前数据的综合性能指数是否优于最优库中所记录的当前工况类型对应数据的综合性能指数，是则跳转到步骤4.5)，否则跳转到步骤4.6)；

4.5)用当前数据更新最优库中对应当前工况类型的数据，跳转到4.8)；

4.6)判断最优库中所记录的当前工况类型对应数据的时间是否超出预设的最优数据有效期，如果超出最优数据有效期则跳转到步骤4.5)，否则不更新最优库，跳转到4.8)；

4.7)将当前数据存入最优库中，跳转到4.8)；

4.8)结束本轮监控及更新过程。

其中，最优数据有效期为1至2周。

作为本发明的进一步改进，所述步骤5)的具体步骤包括：

5.1)通过时间计数器判断是否已达预设的优化周期，是则跳转到步骤5.2)，否则不进行优化，跳转到步骤5.5)；

5.2)根据当前运行工况类型，检索最优库中对应工况类型的数据作为目标数据，如检索到对应工况类型的数据则跳转到步骤5.3)，如最优库中没有对应工况类型的数据，则不进行优化，跳转到步骤5.5)；

5.3)判断当前综合性能指数与目标数据的综合性能指数之差值是否大于预设的阈值，是则跳转到步骤5.4)，否则不进行优化，跳转到步骤5.5)；

5.4)以目标数据中对应的运行参数作为目标值，优化感应滤波换流变压器的运行参数，并重置时间计数器，跳转到步骤5.5)；

5.5)结束本轮优化过程。

其中，对感应滤波换流变压器的运行参数进行优化的优化周期为2至6小时。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤4)之后还包括定时清理历史库，更新最优库的步骤4a)，具体步骤包括：

4a.1)根据预设的数据清理周期定时删除历史库中超出历史数据有效期的数据，并重新初始化工况类型划分算法，初始化最优库；

4a.2)对历史库中剩余数据按照工况类型划分算法重新划分工况类型，并选择各工况类型中综合性能指数最优的数据更新最优库。

作为本发明的进一步改进，所述步骤4a.2)中选择各工况类型中综合性能指数最优且处于最优数据有效期内的数据更新最优库。

其中，数据清理周期为1至2个月，历史数据有效期为1至2个月。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、对于感应滤波换流变压器，通过对噪音以及谐波的联合监控，建立了谐波损耗、噪音以及谐波总畸变率等的多运行指标评价函数，可根据实际需求对感应滤波换流变压器运行情况进行综合评价。

2、通过聚类方法对感应滤波换流变压器历史状态的海量数据进行分析，建立每个运行工况下运行指标的最优目标值，并定时更新。根据实时工况以及运行指标的变化，查找对应工况下的运行指标最优目标值，通过运行辅助决策模块给出运行参数的调整建议，从而使得感应滤波换流变压器的实时运行指标跟踪最优目标值，达到节能、降噪以及降低谐波对电网影响的综合目标。

附图说明

图1是本发明感应滤波换流变压器谐波与噪声联合监控以及优化运行辅助决策流程图。

图2是本发明运行辅助决策模块逻辑流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

本实施例一种基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法的具体步骤包括：

1)根据感应滤波换流变压器的性能指标建立用于评价综合性能指数的性能评价函数；

2)根据感应滤波换流变压器的运行参数建立用于划分工况类型的工况类型划分算法；

3)初始化用于记录运行参数、性能指标及时间的历史库，用于记录历史库中各工况类型对应综合性能指数最优数据的最优库，及用于判断优化周期的时间计数器；

4)实时监控感应滤波换流变压器的性能指标及运行参数，通过性能评价函数评价综合性能指数，通过工况类型划分算法划分工况类型，更新历史库和最优库；

5)根据最优库，优化感应滤波换流变压器的当前运行参数。

如图1所示，在本实施例中，步骤1)根据感应滤波换流变压器的性能指标建立用于评价综合性能指数的性能评价函数，如式(1)所示：

P_total＝w_loss×l+w_noise×n+w_hamonic×h   (1)

式(1)中，P_total为性能总指标，l为谐波损耗、n为噪声、h为网侧谐波总畸变率，l、n、h均为感应滤波换流变压器的性能指标，w_loss为谐波损耗l的加权系数、w_noise为噪音n的加权系数、w_hamonic为网侧谐波总畸变率h的加权系数。

在本实施例中，步骤2)根据感应滤波换流变压器的运行参数建立用于划分工况类型的工况类型划分算法；感应滤波换流变压器的运行参数包括视在功率S，功率因子负载电压V、变压器抽头档位、冷却系统工作状态等，本实施例中以每次监控得到感应滤波换流变压器的视在功率S，功率因子负载电压V三个参数为一组作为输入，计算得出该组运行参数聚类类型的聚类算法，该聚类类型即感应滤波换流变压器在该监控时间点运行参数对应的工况类型。

在本实施例中，工况类型的划分过程如式(2)所示，

式(2)中，视在功率S、功率因子为输入参数、负载电压V为在某一时刻通过监控获得的感应滤波换流变压器的运行参数，即聚类算法的输入参数，d_i为聚类算法输入参数与现有工况类型的聚类中心W_i(i＝1,2,...,n)之间的距离，S_i聚类中心W_i视在功率分量的中心值、聚类中心W_i功率因子分量的中心值、V_i聚类中心W_i负载电压分量的中心值，S_d为视在功率分量根据实际情况预设的归一化系数、为功率因子分量根据实际情况预设的归一化系数、V_d为负载电压分量根据实际情况预设的归一化系数。

当现有工况类型为空时，新增工况类型，并将当前运行参数归入新增加的工况类型。当现有工况类型不为空时，若d_i≥d_thold，其中d_thold为预设的距离限值，则新增工况类型，并将当前运行参数归入新增加的工况类型，否则，将当前运行参数归入与之距离最小的工况类型中。在本实施例中，d_thold参考值取归一化数值3％，d_thold可根据感应滤波换流变压器的实际运行环境设定适当的值，使得对感应滤波换流变压器的运行参数划分为适当个数的工况类型。需要说明的是，在本实施例中，是采用最小距离聚类算法，当然，也可以采用其它聚类算法对感应滤波换流变压器的运行参数进行工况类型的划分，在本实施例中，是以感应滤波换流变压器的视在功率S，功率因子负载电压V三个参数作为聚类算法的输入参数，当然也可以根据实际需要选择其它的运行参数作为聚类算法的输入参数来进行工况类型的划分。

在本实施例中，步骤3)初始化用于记录运行参数、性能指标及时间的历史库，用于记录历史库中各工况类型对应综合性能指数最优数据的最优库，及用于判断优化周期的时间计数器。需要说明的是，历史库和最优库不仅仅限于只记录以上的所述参数，还可以根据实际需要记录相应的数据内容。如在历史库及最优库中同时记录综合性能指数数据，可以减少本方法后续步骤中计算量。

在本实施例中，步骤4)实时监控感应滤波换流变压器的性能指标及运行参数，通过性能评价函数计算综合性能指数，通过工况类型划分算法划分工况类型，更新历史库及最优库。

感应滤波换流变压器的性能指标中，噪声指标通过监测可直接获得，谐波损耗及网侧谐波总畸变率可通过监测感应滤波换流变压器的谐波指标，通过换算求得对应的谐波损耗及网侧谐波总畸变率，谐波损耗的计算方法如式(3)所示，网侧谐波总畸变率的计算方法如式(4)所示。感应滤波换流变压器的运行参数可直接通过监测获得。

谐波损耗： $P_k={\mathrm{\Σ}}_{n=2}^{H}3I_n^2{R}_n\≈3I_k^2{R}_k---\left(3\right)$

网侧谐波总畸变率： ${\mathrm{THD}}_U=\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{n=2}^H{\left(\frac{U_n}{U_1}\right)}^2}---\left(4\right)$

两式中，n为谐波次数，H为参与计算的最高次谐波阶数，U_n为n次谐波电压，I_n为n次谐波电流，U₁为基波电压，I₁为基波电流，I_k为等效总谐波电流，R_n为n次谐波电阻，R_k为等效总谐波电阻。

在本实施例中，步骤4)实时监控感应滤波换流变压器的性能指标及运行参数，通过性能评价函数评价综合性能指数，通过工况类型划分算法划分工况类型，更新历史库和最优库。

实时同步监测感应滤波换流变压器的当前性能指标及当前运行参数，通过性能评价函数计算出当前综合性能指数，通过工况类型划分算法计算当前运行参数的工况类型，将运行参数、性能指标及时间等相应的数据项作为一条数据，增加记录到历史库中，即完成历史库的更新。历史库记录了感应滤波换流变压器性能指标与运行参数的历史数据，通过该历史数据就能反映感应滤波换流变压器的运行参数与性能指标之间的规律，为优化感应滤波换流变压器的运行提供数据基础。

最优库的更新包括：判断最优库中是否包含与当前工况类型对应的数据，如果没有对应工况类型的数据，则在最优库中新增一条数据，该条数据各数据项的值为当前对应参数的值，包括运行参数、性能指标及时间等；如果有对应工况类型的数据，则判断当前综合性能指数是否优于最优库中所记录的当前工况类型对应数据的综合性能指数，优于则用当前对应参数的值更新最优库中为当前工况类型数据的对应数据项，否则判断最优库中对应工况类型数据的时间是否超出最优数据有效期，如果没有超出有效期则不更新最优库，如果超出有效期则用当前对应参数的值更新最优库中为当前工况类型数据的对应数据项。通过更新最优库，能够保证最优库始终反映感应滤波换流变压器在数据有效期时间段内各工况类型的最优值，代表着感应滤波换流变压器在一段时间内的最优运行情况。根据实践经验，最优数据有效期为1至2周，能够取得较好的效果，当然，也可以根据感应滤波换流变压器的实际运行情况选择适当的数据有效期。

如图2所示，本实施例中，步骤5)根据最优库，优化感应滤波换流变压器的当前运行参数。通过时间计数器判断是否已达预设的优化周期，是则根据当前运行工况，检索最优库中对应工况类型的数据作为目标数据，如检索到对应工况类型的数据，则判断当前综合性能指数与目标数据的综合性能指数之差值是否大于预设的阈值，当差值大于预设的阈值时，则以目标数据中对应的运行参数作为目标值，优化感应滤波换流变压器的运行参数，并重置时间计数器；否则不进行优化，并结束本次优化过程；在本实施例中，阈值取归一化后数据1％，当然也可以根据实际运行情况，选择适当的值。根据实践经验，优化周期为2至6小时，能够保证感应滤波换流变压器即能对工况的变化做出及时响应，又不至于使用对运行参数做过于频繁的调整，能够取得较好的效果。当然，也可以根据感应滤波换流变压器的实际运行情况选择适当的优化周期。

基于经验的调整策略，需要记录一段时间的感应滤波换流变压器的运行参数及性能参数才能准确反映其运行的规律，但过于古老的数据因对感应滤波换流变压器的当前运行状态缺乏实际指导意义，而成为无用数据，同时，历史库中记录大量无用数据，也会加重系统负担，影响系统的正常运行。在本实施例中，根据预设的周期定期对历史库中的数据进行清理，剔除历史库中超出数据保鲜期的过期数据，保证历史库中数据的有用性。同时，针对清理后的历史库中剩余的有用数据，重新通过工况类型划分算法进行聚类划分，为剩余数据重新分配工况类型，并同步更新最优库，即选择历史库各工况类型中综合性能指数最优且处于最优数据有效期内的数据更新最优库，从而保证了工况类型能够正确反映有用历史数据的聚类特性，最优库数据能够对感应滤波换流变压器的优化具有现实的指导意义。根据实践经验，历史库的数据清理周期及数据保鲜期设置为1至2个月，能够取得较好的效果，当然，也可以根据感应滤波换流变压器的实际运行环境选择不同的参数。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据感应滤波换流变压器的性能指标建立用于评价综合性能指数的性能评价函数；

2)根据感应滤波换流变压器的运行参数建立用于划分工况类型的工况类型划分算法；

3)初始化用于记录所述运行参数、性能指标及时间的历史库，用于记录所述历史库中各工况类型对应综合性能指数最优数据的最优库，及用于判断优化周期的时间计数器；

4)实时监控感应滤波换流变压器的性能指标及运行参数，通过所述性能评价函数评价综合性能指数，通过工况类型划分算法划分工况类型，更新所述历史库和最优库；

5)根据最优库，优化感应滤波换流变压器的当前运行参数。

2.根据权利要求1所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于步骤1)中建立的性能评价函数如式(1)所述，

P_total＝w_loss×l+w_noise×n+w_hamonic×h    (1)

式(1)中，P_total为性能总指标，l为谐波损耗、n为噪声、h为网侧谐波总畸变率，l、n、h均为感应滤波换流变压器的性能指标，w_loss为谐波损耗l的加权系数、w_noise为噪音n的加权系数、w_hamonic为网侧谐波总畸变率h的加权系数。

3.根据权利要求1所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于步骤2)中建立的工况类型划分算法是以感应滤波换流变压器在某一时刻的一组运行参数作为输入，计算得出该组运行参数聚类类型的聚类算法，所述聚类类型即感应滤波换流变压器在该时刻运行参数对应的工况类型，所述运行参数包括视在功率S、功率因子和负载电压V。

4.根据权利要求1所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于所述步骤4)的具体步骤包括：

4.1)实时监控感应滤波换流变压器的当前性能指标及当前运行参数，通过性能评价函数计算出当前综合性能指数，通过工况类型划分算法计算当前工况类型；

4.2)将当前数据存入历史库中，所述当前数据包括运行参数、性能指标、工况类型及时间；

4.3)判断最优库中是否记录有当前工况类型的数据，有则跳转到步骤4.4)，否则跳转到步骤4.7)；

4.4)判断当前数据的综合性能指数是否优于最优库中所记录的当前工况类型对应数据的综合性能指数，是则跳转到步骤4.5)，否则跳转到步骤4.6)；

4.5)用当前数据更新最优库中对应当前工况类型的数据，跳转到4.8)；

4.6)判断最优库中所记录的当前工况类型对应数据的时间是否超出预设的最优数据有效期，如果超出最优数据有效期则跳转到步骤4.5)，否则不更新最优库，跳转到4.8)；

4.7)将当前数据存入最优库中，跳转到4.8)；

4.8)结束本轮监控及更新过程。

5.根据权利要求4所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于：所述最优数据有效期为1至2周。

6.根据权利要求1所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于所述步骤5)的具体步骤包括：

5.1)通过时间计数器判断是否已达预设的优化周期，是则跳转到步骤5.2)，否则不进行优化，跳转到步骤5.5)；

5.2)根据当前运行工况类型，检索最优库中对应工况类型的数据作为目标数据，如检索到对应工况类型的数据则跳转到步骤5.3)，如最优库中没有对应工况类型的数据，则不进行优化，跳转到步骤5.5)；

5.3)判断当前综合性能指数与目标数据的综合性能指数之差值是否大于预设的阈值，是则跳转到步骤5.4)，否则不进行优化，跳转到步骤5.5)；

5.4)以目标数据中对应的运行参数作为目标值，优化感应滤波换流变压器的运行参数，并重置时间计数器，跳转到步骤5.5)；

5.5)结束本轮优化过程。

7.根据权利要求6所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于：所述优化周期为2至6小时。

8.根据权利要求1～7任一项所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于所述步骤4)之后还包括定时清理历史库、更新最优库的步骤4a)，具体步骤包括：

4a.1)根据预设的数据清理周期定时删除历史库中超出历史数据有效期的数据，并重新初始化工况类型划分算法，初始化最优库；

4a.2)对历史库中剩余数据按照工况类型划分算法重新划分工况类型，并选择各工况类型中综合性能指数最优的数据更新最优库。

9.根据权利要求8所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于：所述步骤4a.2)中选择各工况类型中综合性能指数最优且处于最优数据有效期内的数据更新最优库。

10.根据权利要求8或9所述的基于运行指标联合监控的感应滤波换流变压器优化方法，其特征在于：所述数据清理周期为1至2个月，所述历史数据有效期为1至2个月。