CN108964028A - 电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备，其中该方法包括计算电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗，获取各个谐波源的电流幅值，根据该电流幅值和互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压，将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。通过本发明的电网脆弱节点的定位方法，对电网中每个节点均考虑到各个谐波源对该节点的影响，有利于快速搜索完成电网中受谐波作用影响敏感的节点，对于谐波有效治理具有重要意义，解决了现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。

Description

电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备
技术领域
本发明涉及电网评估技术领域，具体涉及一种电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
伴随着分布式新能源的发展以及各种电力电子装备在电网中的大量应用，电网内的谐波污染问题越来越突出。目前的相关标准侧重于对电网内节点电压中谐波含量做出要求，而节点电压的谐波成分本质上是电网内所有谐波电流源在此节点上共同作用的体现，因此，对于多谐波源共同作用下电网中某些节点电压谐波含量超标问题的分析显得尤其困难，原则上必须进行多谐波源对电网的共同作用分析计算才能得到有效的分析结果。
目前对电网中脆弱节点的分析方法一般侧重于单谐波源对简单网络的计算，即主要计算简单网络内单个谐波源对注入节点和邻近节点的电压相应，对于多谐波源共同作用时的情况下缺乏有效的分析手段，也很难预先定位电网中电压谐波含量最严重的节点，从而也很难进行有效的谐波监测和治理。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备，以解决现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
根据第一方面，本发明实施例提供了一种电网脆弱节点的定位方法，包括：计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗；获取各个所述谐波源的电流幅值；根据所述电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压；将所述谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。通过上述步骤，对电网中每个节点均考虑到各个谐波源对该节点的影响，有利于快速搜索完成电网中受谐波作用影响敏感的节点，对于谐波有效治理具有重要意义，解决了现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗的步骤，包括：对多谐波源所在电网进行建模，得到电网中各节点的导纳阵；根据所述导纳阵计算得到电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗。
结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述根据所述电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压的步骤，包括：根据电网中所述节点与每个所述谐波源节点之间的互阻抗、每个所述谐波源的电流幅值，得到所述节点受每个所述谐波源影响产生的谐波电压；对所述节点受每个所述谐波源影响产生的谐波电压进行求和，得到求和结果；将所述求和结果作为电网中所述节点产生的谐波电压；对电网中每个节点执行上述步骤，得到电网中各节点产生的谐波电压。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，电网中每个节点与谐波源节点之间的互阻抗是通过以下公式计算得到的：Im×1＝Ym×mUm×1，其中，Im×1表示单位注入电流源，Im×1＝[0，…1，…0]T，Ym×m表示所述导纳阵，Um×1表示电网中节点与谐波源节点之间的互阻抗矩阵。
结合第一方面第二实施方式，在第一方面第四实施方式中，电网中所述节点产生的谐波电压是通过以下公式计算得到的：其中，U表示所述节点产生的谐波电压，i表示第i个谐波源，n表示谐波源的个数，Ii表示所述第i各谐波源的谐波电流幅值，j表示电网中节点j，Zji表示电网中节点j与谐波源节点i之间的互阻抗。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种电网脆弱节点的定位装置，包括：计算模块，用于计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗；获取模块，用于获取各个所述谐波源的电流幅值；第一处理模块，用于根据所述电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压；第二处理模块，用于将所述谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述计算模块包括：第一处理单元，用于对多谐波源所在电网进行建模，得到电网中各节点的导纳阵；第二处理单元，用于根据所述导纳阵计算得到电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面具体实施方式所述的电网脆弱节点的定位方法。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面具体实施方式所述的电网脆弱节点的定位方法。
本发明实施例技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种电网脆弱节点的定位方法、装置、存储介质及电子设备，其中，该方法包括计算电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗，获取各个谐波源的电流幅值，根据该电流幅值和互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压，将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。通过本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法，对电网中每个节点均考虑到各个谐波源对该节点的影响，计算出各节点受所有谐波源影响产生的谐波电压后，将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点，有利于快速搜索完成电网中受谐波作用影响敏感的节点，对于谐波有效治理具有重要意义，解决了现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。
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是根据本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法的一个流程图；
图2是根据本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法的另一个流程图；
图3是根据本发明实施例的电网中各节点的示意图；
图4是根据本发明实施例电网脆弱节点的定位装置的结构框图；
图5是根据本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法的电子设备的硬件结构示意图。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供了一种电网脆弱节点的定位方法，图1是根据本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法的一个流程图，如图1所示，该电网脆弱节点的定位方法包括：
步骤S101：计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗；具体地，对多谐波源所在电网，将电网中每个节点与每个谐波源节点之间的互阻抗分别计算出来。
步骤S102：获取各个谐波源的电流幅值；具体地，可以通过测量采集各个谐波源的电流幅值。
步骤S103：根据电流幅值和互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压；根据采集的谐波源的电流幅值和计算得到的各节点与各谐波源节点之间的互阻抗，得到电网中各节点受所有谐波源影响产生的谐波电压。
步骤S104：将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。具体地，某节点对于的谐波电压值最大，说明该节点容易受谐波影响，该节点即为电网脆弱节点，即电网中的敏感响应节点。
通过上述步骤，计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗，获取各个谐波源的电流幅值，根据电流幅值和互阻抗得到电网中各节点产生的谐波电压，将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。通过本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法，对电网中每个节点均考虑到各个谐波源对该节点的影响，计算出各节点受所有谐波源影响产生的谐波电压后，将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点，有利于快速搜索完成电网中受谐波作用影响敏感的节点，对于谐波有效治理具有重要意义，解决了现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。
上述步骤S101涉及到计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗，在一个具体实施方式中，如图2所示，该步骤包括：
S1011：对多谐波源所在电网进行建模，得到电网中各节点的导纳阵。具体地，对多谐波源(设n个)所在网络(设含m个节点)的各电网元件(发电机、输配电线路、变压器、滤波器等)及各负荷(常规负荷及谐波源负荷)进行建模，通过模型各参数取值，得到网络在各次谐波响应的节点导纳阵Ym×m，即机理建模或者测量建模数据方式得到电网中各节点的导纳阵。由于该求取导纳阵的建模方式在本领域中为较成熟的方法，因此，在此不再赘述。
例如图3所示的电网，假设在母线C上连接有一个单相或三相平衡负荷，其功率参数为S，额定电压值为U，可求得其导纳为Y＝-(S*)/U2，其中，星号表示共轭。在图3所示的电网中，有9个节点(发电机1、2、3，母线1，2，3，母线A，B，C，发电机1，2，3处也可称为母线)，其中母线A和B上均有一个谐波源负荷，称作谐波源A，谐波源B，即电网中节点m＝9，谐波源个数n＝2。假设该电网中谐波源A和谐波源B均为3次谐波，依次求取图3中所示电网中各个节点上的导纳参数，可得该电网系统的3次谐波导纳阵如表1所示，通常导纳矩阵为稀疏复数矩阵。
表1 9节点系统3次谐波导纳矩阵
步骤S1012：根据导纳阵计算得到电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗。具体地，对应每一次谐波，计算电网中任意节点(j)与各个谐波源节点(即，有谐波连接电网的节点)(i)之间的互阻抗Zij，具体计算方法如公式(1)所示：
求解线性方程组：
Im×1＝Ym×mUm×1 (1)
在公式(1)中，电网的单位注入电流源位于第i行，即代表电网中第i个节点，矩阵中其余元素皆为0。
求解线性方程组(1)，得：
公式(2)中，矩阵中的各元素即为电网中各任意节点(j)与各个谐波源节点(i)之间的互阻抗Zji。
例如对于图3所示的电网，假设谐波源A和谐波源B均含有3次谐波，首先，将谐波源A上的3次谐波源电流设为1A，其余次数谐波电流设为0，通过上述步骤计算，得到的Um×1即为所有节点与谐波源A的3次谐波之间的互阻抗。然后对谐波源B也执行上述步骤算法，将谐波源B上的3次谐波源电流设为1A，其余次数谐波电流设为0，通过上述步骤计算，得到的Um×1即为所有节点与谐波源B的3次谐波之间的互阻抗。计算得到的各节点与两个谐波源之间的互阻抗的结果如表2所示。
表2各节点与谐波源节点之间的互阻抗
3-母线A 4-母线B
0-发电机1 -0.00911+j0.10677 -0.01066+j0.10756
1-发电机2 -0.01104+j0.10812 -0.00478+j0.09241
2-发电机3 -0.00411+j0.10210 -0.01425+j0.12141
3-母线A 0.09242+j0.21523 0.08387+j0.14991
4-母线B 0.08387+j0.14991 0.08892+j0.22081
5-母线C 0.07949+j0.15420 0.07808+j0.15688
6-母线1 0.07874+j0.16430 0.07716+j0.16680
7-母线2 0.07768+j0.16792 0.07322+j0.13947
8-母线3 0.07449+j0.13951 0.07608+j0.17322
上述步骤S103涉及到根据电流幅值和互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压，在一个具体实施方式中，上述步骤包括：
步骤S1031：根据电网中节点与每个谐波源节点之间的互阻抗、每个谐波源的电流幅值，得到该节点受每个谐波源影响产生的谐波电压；具体地，电网中其中某一个节点受其中一个谐波源影响产生的谐波电压为U＝Ii|Zji|。
步骤S1032：对该节点受每个谐波源影响产生的谐波电压进行求和，得到求和结果，将所述求和结果作为电网中所述节点产生的谐波电压。具体地，通过以下公式(3)计算该节点受每个谐波源影响产生的谐波电压：
公式(3)中，U表示所述节点产生的谐波电压，i表示第i个谐波源，n表示谐波源的个数，Ii表示所述第i各谐波源的谐波电流幅值，j表示电网中节点j，Zji表示电网中节点j与谐波源节点i之间的互阻抗。
通过上述步骤，求得电网中每个节点受所有谐波源影响产生的谐波电压。例如对图3所示的电网，母线1(在电网中节点标号为3)，可计算其受谐波源A和谐波源B影响所产生的谐波电压I1·|Z31|+I2·|Z32|，对电网中所有节点均按此算法计算，测量得到谐波源A和谐波源B注入的3次谐波电流分别为1.5A，2.0A，结合表2，根据公式(3)计算得到各节点的谐波电压，如表3所示。
表3各节点在多谐波源激励下的谐波电压
然后对表3中得到的电网中的各节点的谐波电压进行降序排序，得到表4所示排序结果。
表4电网中各节点在多谐波源激励下的谐波电压(降序排序)
3-母线A激励 4-母线B激励 合计
4-母线B 0.25766 0.47608 0.73375
3-母线A 0.35135 0.34355 0.69490
6-母线1 0.27329 0.36756 0.64085
8-母线3 0.23723 0.37838 0.61561
5-母线C 0.26022 0.35047 0.61070
7-母线2 0.27753 0.31504 0.59257
2-发电机3 0.15327 0.24449 0.39776
0-发电机1 0.16074 0.21617 0.37691
1-发电机2 0.16302 0.18507 0.34809
根据表4的排序结果，可以看出，在图3所示的电网中，脆弱节点，即敏感响应节点的排序分别为：“母线B”、“母线A”、“母线1”、……、“发电机3”、“发电机1”、“发电机2”。谐波电压最大的节点是“母线B”所对应节点，说明该节点最容易受谐波源影响，为电网脆弱节点。
综上所述，通过本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法，对电网中每个节点均考虑到各个谐波源对该节点的影响，计算出各节点受所有谐波源影响产生的谐波电压后，将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点，有利于快速搜索完成电网中受谐波作用影响敏感的节点，对于谐波有效治理具有重要意义，解决了现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。
实施例2
本发明实施例提供了一种电网脆弱节点的定位装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本发明实施例提供一种电网脆弱节点的定位装置，包括计算模块41，用于计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗；获取模块42，用于获取各个谐波源的电流幅值；第一处理模块43，用于根据电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压；第二处理模块44，用于将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。通过本发明实施例的电网脆弱节点的定位装置，对电网中每个节点均考虑到各个谐波源对该节点的影响，第一处理模块43计算出各节点受所有谐波源影响产生的谐波电压后，第二处理模块44将谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点，有利于快速搜索完成电网中受谐波作用影响敏感的节点，对于谐波有效治理具有重要意义，解决了现有技术中对多谐波源共同作用时电网中的脆弱节点难以定位的问题。
在一个具体实施方式中，计算模块41包括第一处理单元，用于对多谐波源所在电网进行建模，得到电网中各节点的导纳阵；第二处理单元，用于根据导纳阵计算得到电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗。
上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
实施例3
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的电网脆弱节点的定位方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(HardDisk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
图5是根据本发明实施例的电网脆弱节点的定位方法的电子设备的硬件结构示意图，如图5所示，该设备包括一个或多个处理器51以及存储器52，图5中以一个处理器51为例。
执行电网脆弱节点的定位方法的设备还可以包括：输入装置53和输出装置54。
处理器51、存储器52、输入装置53和输出装置54可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的电网脆弱节点的定位方法对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的电网脆弱节点的定位方法。
存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储电网脆弱节点的定位装置的使用所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电网脆弱节点的定位的处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置53可接收输入的数字或字符信息，以及产生与电网脆弱节点的定位的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置54可包括显示屏等显示设备。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述一个或者多个处理器51执行时，执行如图1至图2所示的方法。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果以及未在本发明实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1至图4所示的实施例中的相关描述。
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 (9)

1.一种电网脆弱节点的定位方法，其特征在于，包括：
计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗；
获取各个所述谐波源的电流幅值；
根据所述电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压；
将所述谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。
2.根据权利要求1所述的电网脆弱节点的定位方法，其特征在于，所述计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗的步骤，包括：
对多谐波源所在电网进行建模，得到电网中各节点的导纳阵；
根据所述导纳阵计算得到电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗。
3.根据权利要求1所述的电网脆弱节点的定位方法，其特征在于，所述根据所述电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压的步骤，包括：
根据电网中所述节点与每个所述谐波源节点之间的互阻抗、每个所述谐波源的电流幅值，得到所述节点受每个所述谐波源影响产生的谐波电压；
对所述节点受每个所述谐波源影响产生的谐波电压进行求和，得到求和结果，将所述求和结果作为电网中所述节点产生的谐波电压。
4.根据权利要求2所述的电网脆弱节点的定位方法，其特征在于，电网中每个节点与谐波源节点之间的互阻抗是通过以下公式计算得到的：
Im×1＝Ym×mUm×1
其中，Im×1表示单位注入电流源，Im×1＝[0，…1，…0]T，Ym×m表示所述导纳阵，Um×1表示电网中节点与谐波源节点之间的互阻抗矩阵。
5.根据权利要求3所述的电网脆弱节点的定位方法，其特征在于，电网中所述节点产生的谐波电压是通过以下公式计算得到的：
其中，U表示所述节点产生的谐波电压，i表示第i个谐波源，n表示谐波源的个数，Ii表示所述第i各谐波源的谐波电流幅值，j表示电网中节点j，Zji表示电网中节点j与谐波源节点i之间的互阻抗。
6.一种电网脆弱节点的定位装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于计算电网中各节点与各谐波源节点之间的互阻抗；
获取模块，用于获取各个所述谐波源的电流幅值；
第一处理模块，用于根据所述电流幅值和所述互阻抗，得到电网中各节点产生的谐波电压；
第二处理模块，用于将所述谐波电压的最大值对应的节点作为电网脆弱节点。
7.根据权利要求6所述的电网脆弱节点的定位装置，其特征在于，所述计算模块包括：
第一处理单元，用于对多谐波源所在电网进行建模，得到电网中各节点的导纳阵；
第二处理单元，用于根据所述导纳阵计算得到电网中各节点与谐波源节点之间的互阻抗。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的电网脆弱节点的定位方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-5任一项所述的电网脆弱节点的定位方法。
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