CN106546824B - 基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法，首先建立了谐波电压和谐波电流的关系模型，然后根据变系数回归法求取关系模型的回归系数，根据局部拟合回归的原理，利用核函数截取邻域的信息进行回归计算，提高了回归系数估计的准确性，最后在全时间域内求取各谐波源的系统谐波阻抗。本发明有效地跟踪系统谐波阻抗随时间变化的趋势，适用于光伏并网条件下的系统谐波阻抗估计。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，特别涉及一种基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法。
背景技术
随着新能源发电技术的发展，光伏发电以其安全性高、可靠性强、能源质量高等优点受到广泛关注和应用，大量的光伏发电装置以分布式电源的形式接入到电网中。由于光伏发电是通过电力电子装置转换成标准的工频交流电入网，转换过程中产生的谐波电流会经由并网接入点注入电网，对电网造成谐波污染。
统计结果表明，在晴天的条件下，光伏电源提供的功率随时间呈现类似正弦规律变化，其谐波阻抗也在基准值的基础上随时间呈现类似正弦规律变化。传统的谐波阻抗估计方法都是基于谐波阻抗值恒定或是短时间内不变的假设进行的，然而在光伏接入条件下，谐波阻抗是随时间变化的，传统的方法无法进行该情形下的估计。因此在光伏并网条件下，需要找到新的方法对谐波阻抗的变化进行动态跟踪，从而准确地估计系统谐波阻抗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能在光伏并网条件下进行系统谐波阻抗估计的方法，利用变系数回归法估计模型的回归系数，以更准确地求取系统谐波阻抗。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法，包括以下步骤：
步骤1：采集谐波电压数据和谐波电流数据
采集关注母线的谐波电压数据V＝[V1,V2,…,Vn]T和待求谐波源馈线的谐波电流数据I＝[I11,I21,…,In1；I12,I22,…,In2；…；I1p,I2p,…,Inp]T，其中，n是测量数据点数，p是谐波源个数，包含由光伏接入所产生的谐波源，采集的时间点为T1,T2,…,Tn；
步骤2：建立谐波电压和谐波电流的关系模型
在ti时刻，i＝1,2,…,n，建立关注母线处的谐波电压和各谐波源馈线的谐波电流关系模型为Vi＝β1(ti)Ii1+β2(ti)Ii2+…βp(ti)Iip+β0(ti)，βp(ti)是在ti时刻第p个谐波源处的等效系统谐波阻抗值；β0(ti)表示在ti时刻系统其他谐波源的影响；
步骤3：采用变系数回归法求取系统谐波阻抗
步骤3.1：求取在t0时刻的回归系数；在t0时刻，建立变量矩阵X(t0)为X(t0)＝[NM]，其中，
设定v(t0)＝[T1-t0,T2-t0,…Tn-t0]，建立核函数Kh(t0)＝f(v(t0)/h)，h是核函数的窗宽，为大于0的常数，f(·)表示核函数的函数形式；
根据核函数求取权重矩阵W(t0)＝diag(Kh(t0)/∑Kh(t0))，diag(·)表示将向量对角化，∑Kh(t0)表示求取向量Kh(t0)的所有元素之和；
计算t0时刻式Vi＝β1(ti)Ii1+β2(ti)Ii2+…βp(ti)Iip+β0(ti)的系数：
ep＝[0,1,1,…,1,0,…,0]，其第2～(p-1)个元素为1，其他元素都为0；
步骤3.2：求取系统谐波阻抗，首先分别取t0＝T1,T2,…,Tn，根据步骤3.1求取回归系数的方法求得在Ti(i＝1,2,…,n)时刻的回归系数再根据求得的T1～Tn时刻的回归系数，得到在该关注时间段内的系统谐波阻抗向量
进一步的，在步骤3.1中，建立核函数的具体方法为：
根据Uniform核函数的表达式f(u)＝1/2L|u|<1，L|u|<1为示性函数，即比较在t0时刻|v(t0)/h|中所有的元素与1的大小，若|v(t0)/h|中某元素小于1，则把Kh(t0)对应的位置处元素置为1/2，否则置为0，得到核函数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用采集到的谐波电压和谐波电流数据，首先建立谐波电压和谐波电流的关系模型，然后根据变系数回归法求取关系模型的回归系数，其运用的是局部拟合回归的原理，利用核函数截取邻域的信息进行回归计算，提高了回归系数估计的准确性，最后在全时间域内求取各谐波源的系统谐波阻抗，有效地跟踪系统谐波阻抗随时间变化的趋势，适用于光伏并网条件下的系统谐波阻抗估计。
附图说明
图1为本发明的技术流程图。
图2为本发明的仿真电路示意图。
图3为谐波源8系统谐波阻抗估计结果图。
图4为谐波源10系统谐波阻抗估计结果图。
图5为谐波源12系统谐波阻抗估计结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法，首先采集关注母线处谐波电压和谐波电流数据，然后建立谐波电压和谐波电流的关系模型，再利用变系数回归法计算回归系数，最后根据回归系数形成系统谐波阻抗向量，具体包含以下步骤：
1、采集谐波电压数据和谐波电流数据
在关注时间段内，采集关注母线的谐波电压数据V＝[V1,V2,…,Vn]T和待求谐波源馈线的谐波电流数据I＝[I11,I21,…,In1；I12,I22,…,In2；…；I1p,I2p,…,Inp]T，其中，n是测量数据点数，p是谐波源个数(包含由于光伏接入所产生的谐波源)，采集的时间点为T1,T2,…,Tn；
2、建立谐波电压和谐波电流的关系模型
在ti(i＝1,2,…,n)时刻，建立关注母线处的谐波电压和各谐波源馈线的谐波电流关系模型为：
Vi＝β1(ti)Ii1+β2(ti)Ii2+…βp(ti)Iip+β0(ti)， (1)
其中，βp(ti)为在ti时刻第p个谐波源处的等效系统谐波阻抗值，β0(ti)表示在ti时刻系统其他谐波源的影响，一般可以忽略不计。
3、采用变系数回归法求取系统谐波阻抗
1)、求取在t0时刻的回归系数
(1)、在t0时刻，建立变量矩阵X(t0)为：X(t0)＝[N M]，其中，
(2)、设定v(t0)＝[T1-t0,T2-t0,…Tn-t0]，建立核函数Kh(t0)＝f(v(t0)/h)，其中，h是核函数的窗宽，为大于0的常数，根据实际的拟合光滑度需求进行设定；f(·)表示某种核函数的函数形式。
(3)、根据核函数求取权重矩阵W(t0)＝diag(Kh(t0)/∑Kh(t0))，其中，diag(·)表示将向量对角化，∑Kh(t0)表示求取向量Kh(t0)的所有元素之和。
(4)、计算t0时刻式(1)的系数，其中，ep＝[0,1,1,…,1,0,…,0]，其第2～(p-1)个元素为1，其他元素都为0。
2)、求取系统谐波阻抗
(1)、分别取t0＝T1,T2,…,Tn，根据C1中方法求得在Ti(i＝1,2,…,n)时刻的回归系数
(2)、根据求得的T1～Tn时刻的回归系数，得到在该关注时间段内的系统谐波阻抗向量
为验证本发明方法在光伏并网条件下的准确性，在图2所示的IEEE 13节点系统上进行仿真验证。系统的额定电压为13.8kV，额定功率为10MVA。2个普通非线性负荷接入节点8和节点10(图2中采用NL表示)，1个光伏电源接入节点12(图2中采用PV表示)，以5次谐波为例进行仿真测试。
采集晴天条件下一天内8:00～18:00的100个样本点，其中光伏电源接入功率和谐波阻抗随时间作正弦规律变化，采用本发明方法估计3个谐波源的系统谐波阻抗，估计结果如图3、图4和图5所示，可知，本发明方法能准确地估计系统谐波阻抗的值，并且能有效跟踪系统谐波阻抗的变化趋势，说明本发明方法能够适应光伏接入条件下的谐波阻抗估计。
Claims (2)
1.一种基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集谐波电压数据和谐波电流数据
采集关注母线的谐波电压数据V＝[V1,V2,…,Vn]T和待求谐波源馈线的谐波电流数据I＝[I11,I21,…,In1；I12,I22,…,In2；…；I1p,I2p,…,Inp]T，其中，n是测量数据点数，p是谐波源个数，包含由光伏接入所产生的谐波源，采集的时间点为T1,T2,…,Tn；
步骤2：建立谐波电压和谐波电流的关系模型
在ti时刻，i＝1,2,…,n，建立关注母线处的谐波电压和各谐波源馈线的谐波电流关系模型为Vi＝β1(ti)Ii1+β2(ti)Ii2+…βp(ti)Iip+β0(ti)，βp(ti)是在ti时刻第p个谐波源处的等效系统谐波阻抗值；β0(ti)表示在ti时刻系统其他谐波源的影响；
步骤3：采用变系数回归法求取系统谐波阻抗
步骤3.1：求取在t0时刻的回归系数；在t0时刻，建立变量矩阵X(t0)为X(t0)＝[N M]，其中，
设定v(t0)＝[T1-t0,T2-t0,…Tn-t0]，建立核函数Kh(t0)＝f(v(t0)/h)，h是核函数的窗宽，为大于0的常数，f(·)表示核函数的函数形式；
根据核函数求取权重矩阵W(t0)＝diag(Kh(t0)/∑Kh(t0))，diag(·)表示将向量对角化，∑Kh(t0)表示求取向量Kh(t0)的所有元素之和；
计算t0时刻式Vi＝β1(ti)Ii1+β2(ti)Ii2+…βp(ti)Iip+β0(ti)的系数：
ep＝[0,1,1,…,1,0,…,0]，其第2～(p-1)个元素为1，其他元素都为0；
步骤3.2：求取系统谐波阻抗，首先分别取t0＝T1,T2,…,Tn，根据步骤3.1求取回归系数的方法求得在Ti(i＝1,2,…,n)时刻的回归系数再根据求得的T1～Tn时刻的回归系数，得到在该关注时间段内的系统谐波阻抗向量
2.如权利要求1所述的基于变系数回归的含光伏电网系统谐波阻抗估计方法，其特征在于，在步骤3.1中，建立核函数的具体方法为：
根据Uniform核函数的表达式f(u)＝1/2L|u|<1，L|u|<1为示性函数，即比较在t0时刻|v(t0)/h|中所有的元素与1的大小，若|v(t0)/h|中某元素小于1，则把Kh(t0)对应的位置处元素置为1/2，否则置为0，得到核函数。
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