CN106651150B - 一种评估电网谐波影响的方法及装置 - Google Patents

一种评估电网谐波影响的方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种评估电网谐波影响的方法及装置，其中所述评估电网谐波影响的方法包括：获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本；根据所述随机谐波样本计算所述电网的谐波潮流数据；确定所述谐波潮流数据的概率密度函数；根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响，解决了现有谐波概率评估方法运算量大、时效性低的问题。

Description

一种评估电网谐波影响的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种评估电网谐波影响的方法及装置。
背景技术
随着经济的发展，电网规模日渐增大，电网结构日益复杂，使电能质量问题备受关注，谐波污染也成为其中的一项关键问题。电力电子装置、电弧炼钢炉等非线性负荷，以及分布式电源的大量接入，使电网的谐波污染愈发严重。谐波可损坏用电设备和电力电子器件，降低电能利用效率，甚至造成电力设备误动作。因此，对谐波影响的准确评估具备重要意义。在准确评估的基础上，可对谐波责任划分、谐波治理等后续工作提供依据。
由于谐波源的注入具有随机性，对谐波影响的评估需要使用概率统计的方法。传统的谐波评估方法-蒙特卡罗随机模拟法，在假设谐波源注入量服从一定概率分布的前提下，产生大量随机数，对谐波潮流进行大量多次的计算，从而得到谐波指标的精确概率分布。但此方法需要进行千级以上数量级的大量运算，在计算资源使用以及时效性方面存在严重不足。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有谐波概率评估方法运算量大、时效性低。
有鉴于此，本发明提供一种评估电网谐波影响的方法，包括：获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本；根据所述随机谐波样本计算所述电网的谐波潮流数据；确定所述谐波潮流数据的概率密度函数；根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响。
优选地，所述获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本，包括：
获取不同次数的所述电网谐波源的谐波注入量；
根据所述谐波注入量分别建立概率分布函数；
根据所述概率分布函数得到所述电网谐波源注入量的至少一个随机谐波样本。
优选地，所述根据所述谐波注入量分别建立概率分布函数步骤，包括：
对所述不同次数的所述电网谐波注入量的电流或电压幅值分别建立所述概率分布函数。
优选地，所述确定所述谐波潮流数据的概率密度函数，包括：
获取所述谐波潮流数据；
根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽；
根据所述谐波潮流数据以及所述核密度估计带宽，利用核密度估计法确定所述概率密度函数。
优选地，所述根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽，包括：
根据所述至少一个谐波潮流数据得到初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值；
根据所述初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值，得到所述核密度估计带宽。
优选地，所述根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响，包括：
通过所述概率密度函数得到所述电网节点谐波的谐波潮流数据的期望值、方差值以及95％概率大值中的至少一个；
将得到的所述期望值、方差值以及95％概率大值分别与对应的预设阈值进行比较；
根据比较结果，确定所述谐波源对所述电网的影响。
优选地，所述谐波潮流数据包括所述电网节点的电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率、各支路的各次谐波电流含量。
相应地，本发明还提供一种评估电网谐波影响的装置，包括：
获取单元，用于获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本；
计算单元，用于根据所述随机谐波样本计算所述电网的谐波潮流数据；
确定单元，用于确定所述谐波潮流数据的概率密度函数；
影响确定单元，用于根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响。
优选地，所述获取单元包括：
谐波注入量获取单元，用于获取不同次数的所述电网谐波源的谐波注入量；
概率分布函数建立单元，用于根据所述谐波注入量分别建立概率分布函数；
随机谐波样本获取单元，用于根据所述概率分布函数得到所述电网谐波源注入量的至少一个随机谐波样本。
优选地，所述概率分布函数建立单元包括：
概率分布函数建立子单元，用于对所述不同次数的所述电网谐波注入量的电流或电压幅值分别建立所述概率分布函数。
优选地，所述确定单元，包括：
获取子单元，用于获取所述谐波潮流数据；
确定子单元，用于根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽；
概率密度函数确定子单元，用于根据所述谐波潮流数据以及所述核密度估计带宽，利用核密度估计法确定所述概率密度函数。
优选地，所述确定子单元，包括：
初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽估计值确定单元，用于根据所述至少一个谐波潮流数据得到初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值；
核密度估计带宽确定单元，用于根据所述初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值，得到所述核密度估计带宽。
优选地，所述影响确定单元包括：
数据获取单元，用于通过所述概率密度函数得到所述电网节点谐波的谐波潮流数据的期望值、方差值以及95％概率大值中的至少一个；
比较单元，用于将得到的所述期望值、方差值以及95％概率大值分别与对应的预设阈值进行比较；
影响确定子单元，用于根据比较结果，确定所述谐波源对所述电网的影响。
优选地，所述谐波潮流数据包括所述电网节点的电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率、各支路的各次谐波电流含量。
本发明技术方案具有以下优点：
通过获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本，根据随机谐波样本计算电网的谐波潮流数据，确定谐波潮流数据的概率密度函数，继而根据概率密度函数确定谐波源对电网的影响，解决了现有谐波概率评估方法运算量大、时效性低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的一种评估电网谐波影响的方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的一种评估电网谐波影响的装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的IEEE34节点测试馈线连线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种谐波概率评估方法，如图1所示，包括：
S11，获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本。电网中的谐波源可以包括负荷类谐波源，或者是分布式电源类谐波源，对于负荷类谐波源，其产生的谐波注入量由电流源表示，对其各次谐波电流幅值建立概率分布函数；对于分布式电源类谐波源，其产生的谐波注入量由电压源表示，对其各次谐波电压含有率建立概率分布函数，随机谐波样本可以是通过每个谐波源的谐波注入量的概率分布函数产生，例如通过概率分布函数的服从均匀分布反函数，随机产生多个均匀分布的随机数，再利用概率分布函数的反函数，计算得到多个谐波注入量的数据样本，样本数量优选在1000范围内。
S12，根据随机谐波样本计算电网的谐波潮流数据。分别利用电力网络中谐波源的单个谐波注入量样本，对此电力网络进行一次谐波潮流计算，并保留计算结果，从而形成所有谐波注入量样本谐波潮流结果集，即谐波潮流数据；电网的谐波潮流数据可以包括电网节点的电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率、各支路的各次谐波电流含量的至少一种；
S13，确定谐波潮流数据的概率密度函数。在对谐波潮流数据计算过程中，对电网中某节点谐波潮流数据的进行采样，得到该节点的谐波潮流数据采样值，根据潮流数据采样值并利用核密度估计法，得到该节点的谐波潮流数据的概率密度函数，本实施例优选核函数为正态分布函数，如下式：
Figure BDA0001168665010000061
S14，根据概率密度函数确定谐波源对电网的影响。通过得到的概率密度函数计算评价谐波源对电网的数据，例如期望值、方差值以及95％概率大值，继而评价电网谐波影响。
优选地，在步骤S11中，包括：
S111，获取不同次数的电网谐波源的谐波注入量；例如，在图3中电网节点840接入一个非线性负荷谐波源，其产生的谐波注入量由电流源表示，对其5、7、11、13次谐波电流幅值分别建立概率分布函数，其中不同次数的谐波频率不同，且谐波注入量的相角θ优选0度。
S112，根据谐波注入量分别建立概率分布函数；根据接入的谐波源的类别，对接入的谐波源的不同次数的电网谐波注入量的电流或电压幅值分别建立概率分布函数，例如图3中，接入的谐波源为非线性负荷，则对非线性负荷的谐波源不同次数的电网谐波注入量的电流幅值分别建立概率分布函数。
S113，根据概率分布函数得到电网谐波源注入量的至少一个随机谐波样本。利用概率分布函数的反函数，得到400个谐波注入量的数据样本。
具体地，在得到400个谐波注入量的随机谐波样本后，例如对图3中节点800的5、7、11、13次谐波潮流数据进行采集，得到400个采样值，利用采集的谐波潮流数据及其数量，确定谐波潮流数据的概率密度函数。
作为一种具体的实施方式，在得到谐波潮流数据及其数量后，在步骤S13中，包括：
S131，获取谐波潮流数据。
S132，根据谐波潮流数据，确定核密度估计带宽。
S132，根据谐波潮流数据以及核密度估计带宽，利用核密度估计法确定概率密度函数。
具体地，利用式(1)计算谐波潮流数据的概率密度函数：
Figure BDA0001168665010000081
其中，
Figure BDA0001168665010000082
为概率密度函数，N为谐波潮流数据的数量，Xi为第i个谐波潮流数据，K为核函数，h为核密度估计带宽。
在步骤S132中根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽，包括：根据至少一个谐波潮流数据得到初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽估计值；根据初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽估计值，得到核密度估计带宽。
具体地，记l为预设循环次数，优选循环次数为5，N为谐波潮流数据的数量，f(l+2)为由至少一个谐波潮流数据的均值和方差构成的初始正态分布密度函数，||f(l+2)||2为该初始正态分布密度函数的模的平方，
Figure BDA0001168665010000083
为预设循环次数加1时的初始核密度估计带宽的估计值，首先利用公式(2)确定初始核密度估计带宽估计值
Figure BDA0001168665010000084
Figure BDA0001168665010000085
得到初始核密度估计带宽的估计值
Figure BDA0001168665010000086
后，将其带入公式(3)，得到||f(l+1)||2：
Figure BDA0001168665010000087
然后，再利用公式(2)与公式(3)循环计算，依次得到
Figure BDA0001168665010000088
直至得到
Figure BDA0001168665010000091
并将
Figure BDA0001168665010000092
作为最终的核密度估计带宽h代入公式(1)得到最优的概率密度函数。
优选地，在步骤S14中，包括：通过概率密度函数得到电网节点谐波的谐波潮流数据的期望值、方差值以及95％概率大值中的至少一个；将得到的期望值、方差值以及95％概率大值分别与对应的预设阈值进行比较；根据比较结果，确定谐波源对所述电网的影响。例如，当得到的谐波潮流数据的期望值大于预设期望值的阈值，可以说明该谐波对电网该节点的影响较大，继而为谐波治理等后续工作提供依据。
根据本发明实施例提供的评估电网谐波影响的方法，通过获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本，根据随机谐波样本计算电网的谐波潮流数据，确定谐波潮流数据的概率密度函数，继而根据概率密度函数确定谐波源对电网的影响，解决了现有谐波概率评估方法运算量大、时效性低的问题。
相应地，本发明另一实施例提供的一种评估电网谐波影响的装置，如图2所示，包括：
获取单元21，用于获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本；
计算单元22，用于根据随机谐波样本计算电网的谐波潮流数据；
确定单元23，用于确定谐波潮流数据的概率密度函数；
影响确定单元24，用于根据概率密度函数确定谐波源对电网的影响。
优选地，获取单元21包括：
谐波注入量获取单元，用于获取不同次数的电网谐波源的谐波注入量；
概率分布函数建立单元，用于根据谐波注入量分别建立概率分布函数；
随机谐波样本获取单元，用于根据概率分布函数得到电网谐波源注入量的至少一个随机谐波样本。
优选地，概率分布函数建立单元包括：
概率分布函数建立子单元，用于对不同次数的电网谐波注入量的电流电压幅值分别建立概率分布函数。
优选地，确定单元23，包括：
获取子单元，用于获取所述谐波潮流数据；
确定子单元，用于根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽；
概率密度函数确定子单元，用于根据所述谐波潮流数据以及所述核密度估计带宽，利用核密度估计法确定所述概率密度函数。
优选地，所述确定子单元，包括：
初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽估计值确定单元，用于根据所述至少一个谐波潮流数据得到初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值；
核密度估计带宽确定单元，用于根据所述初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值，得到所述核密度估计带宽。
优选地，影响确定单元24包括：
数据获取单元，用于通过概率密度函数得到电网节点谐波的谐波潮流数据的期望值、方差值以及95％概率大值中的至少一个；
比较单元，用于将得到的期望值、方差值以及95％概率大值分别与对应的预设阈值进行比较；
影响确定子单元，用于根据比较结果，确定谐波源对电网的影响。
优选地，谐波潮流数据包括电网节点的电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率、各支路的各次谐波电流含量。
本发明实施例提供的评估电网谐波影响的装置，通过获取单元获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本，计算单元根据随机谐波样本计算电网的谐波潮流数据，继而确定谐波潮流数据的概率密度函数，根据概率密度函数确定谐波源对电网的影响，解决了现有谐波概率评估方法运算量大、时效性低的问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种评估电网谐波影响的方法，其特征在于，包括：
获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本；
根据所述随机谐波样本计算所述电网的谐波潮流数据；
确定所述谐波潮流数据的概率密度函数；
根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响；
所述确定所述谐波潮流数据的概率密度函数，包括：
获取所述谐波潮流数据；
根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽；
根据所述谐波潮流数据以及所述核密度估计带宽，利用核密度估计法确定所述概率密度函数；
所述根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽，包括：
根据所述至少一个谐波潮流数据得到初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值；
根据所述初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值，得到所述核密度估计带宽，其中所述核密度估计带宽根据下式确定：
Figure FDA0002750175700000011
Figure FDA0002750175700000012
式中，l为预设循环次数，N为谐波潮流数据的数量，f(l+2)为由至少一个谐波潮流数据的均值和方差构成的初始正态分布密度函数，||f(l+2)||2为该初始正态分布密度函数的模的平方，
Figure FDA0002750175700000021
为预设循环次数加1时的初始核密度估计带宽的估计值，Xk为第k个谐波潮流数据，Xm为第m个谐波潮流数据，K为核函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本，包括：
获取不同次数的所述电网谐波源的谐波注入量；
根据所述谐波注入量分别建立概率分布函数；
根据所述概率分布函数得到所述电网谐波源注入量的至少一个随机谐波样本。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述谐波注入量分别建立概率分布函数步骤，包括：
对所述不同次数的所述电网谐波注入量的电流或电压幅值分别建立所述概率分布函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响，包括：
通过所述概率密度函数得到所述电网节点谐波的谐波潮流数据的期望值、方差值以及95％概率大值中的至少一个；
将得到的所述期望值、方差值以及95％概率大值分别与对应的预设阈值进行比较；
根据比较结果，确定所述谐波源对所述电网的影响。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述谐波潮流数据包括所述电网节点的电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率、各支路的各次谐波电流含量。
6.一种评估电网谐波影响的装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取电网中的谐波源的至少一个随机谐波样本；
计算单元，用于根据所述随机谐波样本计算所述电网的谐波潮流数据；
确定单元，用于确定所述谐波潮流数据的概率密度函数；
影响确定单元，用于根据所述概率密度函数确定所述谐波源对所述电网的影响；
所述确定单元，包括：
获取子单元，用于获取所述谐波潮流数据；
确定子单元，用于根据所述谐波潮流数据，确定核密度估计带宽；
概率密度函数确定子单元，用于根据所述谐波潮流数据以及所述核密度估计带宽，利用核密度估计法确定所述概率密度函数；
所述确定子单元，包括：
初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽估计值确定单元，用于根据所述至少一个谐波潮流数据得到初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值；
核密度估计带宽确定单元，用于根据所述初始正态分布密度函数与初始核密度估计带宽的估计值，得到所述核密度估计带宽，其中所述核密度估计带宽根据下式确定：
Figure FDA0002750175700000041
Figure FDA0002750175700000042
式中，l为预设循环次数，N为谐波潮流数据的数量，f(l+2)为由至少一个谐波潮流数据的均值和方差构成的初始正态分布密度函数，||f(l+2)||2为该初始正态分布密度函数的模的平方，
Figure FDA0002750175700000043
为预设循环次数加1时的初始核密度估计带宽的估计值，Xk为第k个谐波潮流数据，Xm为第m个谐波潮流数据，K为核函数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：
谐波注入量获取单元，用于获取不同次数的所述电网谐波源的谐波注入量；
概率分布函数建立单元，用于根据所述谐波注入量分别建立概率分布函数；
随机谐波样本获取单元，用于根据所述概率分布函数得到所述电网谐波源注入量的至少一个随机谐波样本。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述概率分布函数建立单元包括：
概率分布函数建立子单元，用于对所述不同次数的所述电网谐波注入量的电流或电压幅值分别建立所述概率分布函数。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述影响确定单元包括：
数据获取单元，用于通过所述概率密度函数得到所述电网节点谐波的谐波潮流数据的期望值、方差值以及95％概率大值中的至少一个；
比较单元，用于将得到的所述期望值、方差值以及95％概率大值分别与对应的预设阈值进行比较；
影响确定子单元，用于根据比较结果，确定所述谐波源对所述电网的影响。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述谐波潮流数据包括所述电网节点的电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率、各支路的各次谐波电流含量。
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