CN106383257A - 基于相关性分析的谐波源辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于相关性分析的谐波源辨识方法，包括：采集变电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据；同步电流数据和电压数据；根据同步后的电流数据和电压数据，计算支线组谐波电流值与所述母线侧的谐波电压值的相关系数和相关度；依据所述相关度所在的数值范围以及所述数值范围对应的贡献程度等级，评估变电站变压器支线组某条支线谐波对变压器母线谐波的贡献程度。本发明的技术方案能够准确辨识变压器母线谐波电压波动是否和变压器支线组的某些谐波电流相关，以及能够定量分析变压器支线组各支路之间的谐波影响程度，以及定量分析变压器支线组各支路对变压器母线谐波影响程度。

Description

基于相关性分析的谐波源辨识方法

技术领域

本发明涉及电能质量技术领域，特别是涉及一种基于相关性分析的谐波源辨识方法。

背景技术

随着我国用电容量的不断升高，城市电网系统的规划布局越来越复杂，因谐波引起的电能质量问题日益突出。其中，电能质量的谐波指标尤其需要关注，变压器用户端大量用电器的接入，导致变压器支线产生更多的谐波源。用电器所产生的谐波对变压器母线的电压波动影响显著。

目前城市变电站的技术规范通常是将变压器交流电220kV直接降压为110kV，然后送至下一级变电站，再将电压降至35kV，继而再降压至用户需求电压。在变压器母线侧所测得的谐波电压值是属于该母线的谐波电压公共值，无法定性判定该值由变压器支线端的哪一条支线影响的，也无法定量判断变压器支线谐波电流对母线的谐波电压的贡献程度。

发明内容

本发明实施例中提供了一种基于相关性分析的谐波源辨识方法，以解决现有技术中无法定性判定该值由变压器支线侧的哪一条支线影响的，也无法定量判断变压器支线谐波电流对母线的谐波电压的贡献程度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

根据本发明，提供了一种基于相关性分析的谐波源辨识方法，该方法包括：

采集变电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据；

同步所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据，以保证所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据在同一时钟下进行分析；

根据同步后的所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据，计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧的谐波电压值的相关系数；

根据所述相关系数计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度；

依据所述相关度所在的数值范围以及所述数值范围对应的贡献程度等级，评估变电站变压器支线组某条支线谐波对变压器母线谐波的贡献程度。

优选的，所述采集变电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据包括：

按照大于或等于每10周波1024点的采样频率采集变电站变压器支线组原始谐波电流值和变压器母线侧原始谐波电压值；

分别根据所述支线组原始谐波电流值和变压器母线侧原始谐波电压值，按照以下公式计算支线组谐波电流有效值和母线侧谐波电压有效值，并将所述支线组谐波电流有效值和母线侧谐波电压有效值确定为电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据：

$X_i=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{i}_k;$

$Y_i=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{u}_k;$

式中，K取1024；i_k为支线组原始谐波电流值；u_k为母线侧原始谐波电压值；X_i表示变压器支线组第i个采样点的谐波电流有效值；Y_i表示变压器母线侧第i个采样点的谐波电压有效值。

优选的，所述计算支线组谐波电流值与母线侧的谐波电压值的相关系数包括：

按照以下公式计算支线组谐波电流值与母线侧的谐波电压值的相关系数：

$r_{XY\left(j\right)}=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}{Y}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X_{i\left(j\right)}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}\right)}^2}\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i\right)}^2}}$

式中，j表示第j条变压器支线，n表示采样点的数量；X_i(j)表示第j条变压器支线组第i个采样点的谐波电流数据；Y_i表示变压器母线侧第i个采样点的谐波电压数据。

优选的，所述计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度包括：

按照以下公式计算支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度：

$R_{XY}=\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}\left|r_{XY\left(j\right)}\right|$

式中，N为变压器支线的数量；r_XY(j)表示第j台变压器支线组谐波电流趋势与变压器母线侧的谐波电压趋势的相关系数；R_XY表示变压器支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度。

优选的，所述依据所述相关度所在的数值范围以及所述数值范围对应的贡献程度等级，评估变电站变压器支线组某条支线谐波对变压器母线谐波的贡献程度包括：

判断R_XY值所在数值范围；

若R_XY＜0.4，则贡献程度为低级；

若0.4≤R_XY≤0.7，则贡献程度为中级；

若R_XY＞0.7，则贡献程度为高级。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的基于相关性分析的谐波源辨识方案，通过在同一时钟下计算变电站变压器支线组谐波电流趋势和变压器母线侧的谐波电压趋势的相关系数，然后归一化评估变电站变压器支线组谐波电流趋势和变压器母线侧的谐波电压趋势的相关度，能够根据变电站变压器支线组谐波电流趋势和变压器母线侧的谐波电压趋势的相关度，判断变压器支线与变压器母线谐波电压的相关度，进而根据该相关度的大小即可定性和定量判断变压器支线对变压器母线谐波电压的贡献程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于相关性分析的谐波源辨识方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图和某变电站变压器的支线谐波电流和母线谐波电压的实测数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于相关性分析的谐波源辨识方法的流程示意图，如图1所示，某变电站变压器支线组35kV侧与变压器母线110kV侧的谐波源辨识方法包括下述步骤：

步骤S101：采集变电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据。

其中，变电站变压器支线组原始谐波电流值和变压器母线侧原始谐波电压值的采样频率应大于或等于每10周波1024点的采样频率。

按照以下公式计算支线组谐波电流有效值：

$X_i=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{i}_k$

式中，K取1024；i_k为支线组原始谐波电流值。

按照以下公式计算母线侧谐波电压有效值：

$Y_i=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{u}_k$

式中，K取1024；u_k为母线侧原始谐波电压值。

步骤S102：同步所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据，以保证所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据在同一时钟下进行分析。

发送统一触发脉冲，实现对变电站变压器支线组35kV侧的谐波电流数据与变压器母线110kV侧的谐波电压数据进行同步，以保证对变压器支线组35kV侧的谐波电流数据和变压器母线110kV侧的谐波电压数据的相关性分析是在统一时钟下进行的。

通过在统一时钟下采集的对变压器支线组35kV侧的谐波电流数据和变压器母线110kV侧的谐波电压数据进行同步，从而保证统一时钟周期下对同一时间的变压器支线组35kV侧的谐波电流数据和变压器母线110kV侧的谐波电压数据进行相关性分析。从而进一步根据变压器支线组35kV侧的谐波电流数据计算对变压器母线110kV侧的谐波电压数据的贡献程度。

结合变压器支线组35kV侧谐波电流数据以及变压器母线110kV侧的谐波电压数据，能够结合上述数据判断变压器母线110kV侧的谐波电压数据和变压器支线组35kV侧谐波电流数据的关系，然后根据该关系即可判断变压器某支线的谐波源对变压器母线谐波电压贡献程度的大小。

结合某变电站110kV变35kV三支线谐波电流与母线谐波电压实测数据，列表如下：

表1：某变电站110kV变35kV三支线谐波电流与母线谐波电压实测数据

步骤S103：根据同步后的所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据，计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧的谐波电压值的相关系数。

根据同步后的所述变压器三条支线35kV侧的谐波电流数据和变压器母线110kV侧的谐波电压数据，相关性分析模块140计算某变电站变压器三条支线35kV侧的谐波电流和变压器母线110kV侧谐波电压的相关系数，具体计算公式如下：

$r_{XY\left(j\right)}=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}{Y}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X_{i\left(j\right)}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}\right)}^2}\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i\right)}^2}}$

式中，j表示第j条变压器支线，n表示采样点的数量；X_i(j)表示第j条变压器支线组第i个采样点的谐波电流数据；Y_i表示变压器母线侧第i个采样点的谐波电压数据。

变压器三条支线35kV侧的谐波电流和变压器母线110kV侧的谐波电压相关系数请参考表2。

表2：变压器三条支线35kV侧的谐波电流和变压器母线110kV侧的谐波电压相关系数

通过计算每一条变压器支线35kV侧的谐波电流数据与变压器母线110kV侧的谐波电压数据的相关系数，能够根据该相关系数计算变压器三条支线谐波电流对变压器母线谐波电压的影响，从而定性定量地判断变压器三条支线谐波电流各自对变压器母线谐波电压的相关度。

步骤S104：根据所述相关系数计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度。

根据以下公式计算每一条变压器支线35kV侧的谐波电流与变压器母线110kV侧的谐波电压的相关度：

$R_{XY}=\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}\left|r_{XY\left(j\right)}\right|$

式中，N为变压器支线的数量；r_XY(j)表示第j台变压器支线组谐波电流趋势与变压器母线侧的谐波电压趋势的相关系数；R_XY表示变压器支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度。

相关度的计算结果为：R_XY(1)＝0.051,R_XY(2)＝0.145,R_XY(3)＝0.404。

步骤S105：依据所述相关度所在的数值范围以及所述数值范围对应的贡献程度等级，评估变电站变压器支线组某条支线谐波对变压器母线谐波的贡献程度。

评估变压器三条支线谐波电流对变压器母线侧的谐波电压的贡献程度，依据R_XY(j)的值所在范围以及所述范围对应的贡献程度等级，评估变压器三条支线谐波电流对变压器母线侧的谐波电压的贡献程度。

具体的，

判断R_XY值所在数值范围；

若R_XY＜0.4，则贡献程度为低级；

若0.4≤R_XY≤0.7，则贡献程度为中级；

若R_XY＞0.7，则贡献程度为高级。

通过根据依据R_XY(j)的值所在范围以及所述范围对应的贡献程度等级，评估变压器三条支线谐波电流对变压器母线侧的谐波电压的贡献程度，能够达到定性判断变压器三条支线谐波电流是否对变压器母线谐波电压有影响，从而定性定量地判断变压器三条支线谐波电流各自对变压器母线谐波电压影响的贡献程度。

综上，本发明实施例提供的一种基于相关性分析的谐波源辨识方法，通过在同一时钟下计算变电站变压器支线组谐波电流趋势与变压器母线侧的谐波电压趋势的相关系数，然后归一化评估变电站内变压器支线组谐波电流趋势与变压器母线侧的谐波电压趋势的相关度，能够根据该相关度的大小即可定性和定量判断变压器支线组谐波电流对变压器母线谐波电压的贡献程度。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于相关性分析的谐波源辨识方法，其特征在于，包括：

采集变电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据；

同步所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据，以保证所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据在同一时钟下进行分析；

根据同步后的所述支线组谐波电流数据和所述母线侧谐波电压数据，计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧的谐波电压值的相关系数；

根据所述相关系数计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度；

依据所述相关度所在的数值范围以及所述数值范围对应的贡献程度等级，评估变电站变压器支线组某条支线谐波对变压器母线谐波的贡献程度。

2.根据权利要求1所述的基于相关性分析的谐波源辨识方法，其特征在于，所述采集变电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据包括：

按照大于或等于每10周波1024点的采样频率采集变电站变压器支线组原始谐波电流值和变压器母线侧原始谐波电压值；

分别根据所述支线组原始谐波电流值和变压器母线侧原始谐波电压值，按照以下公式计算支线组谐波电流有效值和母线侧谐波电压有效值，并将所述支线组谐波电流有效值和母线侧谐波电压有效值确定为电站变压器支线组谐波电流数据和变压器母线侧谐波电压数据：

$X_i=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{i}_k;$

$Y_i=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{u}_k;$

式中，K取1024；i_k为支线组原始谐波电流值；u_k为母线侧原始谐波电压值；X_i表示变压器支线组第i个采样点的谐波电流有效值；Y_i表示变压器母线侧第i个采样点的谐波电压有效值。

3.根据权利要求2所述的基于相关性分析的谐波源辨识方法，其特征在于，所述计算支线组谐波电流值与母线侧的谐波电压值的相关系数包括：

按照以下公式计算支线组谐波电流值与母线侧的谐波电压值的相关系数：

$r_{XY\left(j\right)}=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}{Y}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X_{i\left(j\right)}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_{i\left(j\right)}\right)}^2}\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y_i}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i\right)}^2}}$

式中，j表示第j条变压器支线，n表示采样点的数量；X_i(j)表示第j条变压器支线组第i个采样点的谐波电流数据；Y_i表示变压器母线侧第i个采样点的谐波电压数据。

4.根据权利要求1所述的基于相关性分析的谐波源辨识方法，其特征在于，所述计算所述支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度包括：

按照以下公式计算支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度：

$R_{XY}=\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}\left|r_{XY\left(j\right)}\right|$

式中，N为变压器支线的数量；r_XY(j)表示第j台变压器支线组谐波电流趋势与变压器母线侧的谐波电压趋势的相关系数；R_XY表示变压器支线组谐波电流值与所述母线侧谐波电压值的相关度。

5.根据权利要求4所述的基于相关性分析的谐波源辨识方法，其特征在于，所述依据所述相关度所在的数值范围以及所述数值范围对应的贡献程度等级，评估变电站变压器支线组某条支线谐波对变压器母线谐波的贡献程度包括：

判断R_XY值所在数值范围；

若R_XY＜0.4，则贡献程度为低级；

若0.4≤R_XY≤0.7，则贡献程度为中级；

若R_XY＞0.7，则贡献程度为高级。