CN109829652B - 一种长时间尺度动态谐波责任划分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，包括以下步骤：步骤S1:采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列和各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据；步骤S2:根据得到的谐波电压监测数据序列和平均有功功率计量数据，计算所有用户的平均有功功率与谐波电压数据的动态相关系数；步骤S3:根据得到的动态相关系数和评价有功功率值，构造动态谐波责任指标，并进行归一化处理；步骤S4:根据归一化后的动态谐波责任指标，构造长期谐波责任指标；步骤S5:根据得到的长期谐波责任指标，进行需划分责任时段内的谐波责任划分。本发明可用于解决用户难以接受短时谐波责任划分结果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种长时间尺度动态谐波责任划分方法。
背景技术
电力电子负荷越来越多地接入电网，使得电网中的谐波情况更加复杂，影响负荷正常工作，严重时还会导致电力设备损坏或引发停电事故。为了有效的实施“奖惩性方案”，需要制定合理的谐波责任指标，以定量衡量每个用户发射谐波对电网的影响。实际电力系统中一条母线往往连接多个发出谐波的终端用户，这些用户间的谐波相互影响，如何根据已有数据制定合理的谐波责任指标，是有效治理谐波，并在未来执行“优质优价”方案，保证电网和用户安全高效运行的前提；同时，谐波是一种长期的稳态电能质量扰动，因此，在实际工程中应考虑长时间尺度的责任划分，利用现有监测系统数据，得出用户更易认可的结果。目前现有的谐波责任划分指标尚无法实现长时间尺度的动态责任划分。
目前多谐波源谐波责任指标可分为两种：谐波电压责任指标、谐波电流责任指标。谐波电压责任指标与谐波电流责任指标的基本原理相同，都是计算用户等效谐波源单独作用时，作用于公共连接点的电压或电流向量，在公共连接点电压或电流向量方向的投影，占公共连接点电压或电流向量的百分比作为指标。
目前此问题存在以下技术缺陷：
1、针对短时段的谐波责任划分难以被用户所接受。现有指标大多基于局部线性化的原理求解，这种方法要求分析时段较短。但是用户发射谐波是一个长期动态行为，用短时分析确定用户的谐波责任，难以被用户所接受。
2、针对馈线的谐波责任划分难以具体到每个用户。目前电能质量监测系统监测点有限，无法做到对每个专变用户均进行监测，仅靠安装在变电站母线上的电能质量监测终端提供的监测数据无法对每个用户的谐波责任指标进行准确的计算。
3、针对有效值的谐波责任划分指标难以运用于实际。从现有谐波责任指标使用的数据来看，需要PCC谐波电压与各条馈线谐波电流有效值数据以及相位数据；然而目前国网公司部署的电能质量监测系统中只能提供长时统计值，相位数据的统计值没有物理意义，且电压与电流统计值也并不对应，这导致传统方法在现有监测系统中均无法适用。
因此，实际工程上，迫切需要一种利用实际电能质量监测系统统计数据，融合其它电力系统数据(如用电信息采集系统的用户用电数据)，制定一个新的长期谐波责任指标。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，可用于解决用户难以接受短时谐波责任划分结果的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，包括以下步骤：
步骤S1:采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列和各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据；
步骤S2:根据得到的谐波电压监测数据序列和平均有功功率计量数据，计算所有用户的平均有功功率与谐波电压数据的动态相关系数，分别为D1＝[d11,d12,…,d1n]、D2＝[d21,d22,…,d2n]、……、Dm＝[dm1,dm2,…,dmn]；
步骤S3:根据得到的动态相关系数和评价有功功率值，构造动态谐波责任指标，并进行归一化处理；
步骤S4:根据归一化后的动态谐波责任指标，构造长期谐波责任指标；
步骤S5:根据得到的长期谐波责任指标，进行需划分责任时段内的谐波责任划分。
进一步的，所述步骤S1具体为：采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列U＝[u1,u2,…,un]，此时段内连接于该母线的各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据，设共有m个用户，用户的平均有功功率序列为P1＝[p11,p12,…,p1n]、P2＝[p21,p22,…,p2n]、……、Pm＝[pm1,pm2,…,pmn]。
进一步的，所述步骤S3具体为：
步骤S31:构造动态谐波责任指标Ak
式中k表示第k个用户，Dk[1,i]是用户k的第i个动态相关系数，Pk[1,i]表示用户k与动态相关系数对应的平均有功功率值，
表示与i时间段对应的所有用户平均有功功率的总和，g为责任拟合函数；
步骤S32:对Ak使用归一化方法，使每个用户每一时刻谐波责任在区间[0,1]之内，且同一时刻所有用户谐波责任总和为100％,得到归一化后的动态谐波责任指标Fk。
进一步的，所述责任拟合函数具体为：
g(x)＝a+bx+cx2+dx3+ex4 (2)
其中a、b、c、d、e为待定系数。
进一步的，采用网格搜索法确定责任拟合函数中的待定系数，具体为：
1)计算每个用户每个时间节点的动态谐波责任指标Ak，设第k个用户i时刻的动态谐波责任指标为Ak[1,i]，可表示为
其中用户k平均有功功率Pk[1,i]、m个用户平均有功功率总和
P、U动态相关系数Dk[1,i]均为已知量，可直接代入计算，则Ak[1,i]的取值只与责任拟合函数系数有关；
2)计算所有用户在每个时间节点Ak的组合
设i时刻的动态谐波责任指标组合为
与拟合函数系数有关，表示为:
3)确定窗宽T，求
与U动态相关系数D，其求取方法如式(4)所示：
式中，x[i,i+T](y[i,i+T])表示从序列x(y)的第i个数据到第i+T个数据，T表示窗宽。则
与U动态相关系数D是一个只与责任拟合函数系数取值有关的函数，用f表示，如式(5)所示。
4)采用网格搜索法求取系数，确定搜索步长，搜索网格中每一组a、b、c、d、e式(5)的取值，当式(5)达到最大值时的a、b、c、d、e即为所求系数。
进一步的，所述采用网格搜索法求取系数具体为：
(1)对a、b、c、d、e、f赋初值，并且确定网格搜索下限为-100、上限为+100、步长为1；
(2)从网格下限开始，计算每个步长a、b、c、d、e的值，并代入式(5)计算f，比较本步f与前一步f的大小，若本步f大于前一步f，则记录本步a、b、c、d、e的值；若本步f小于前一步f，则记录前一步a、b、c、d、e的值，直到网格上限；
(3)返回a、b、c、d、e的值。
进一步的，所述步骤S32具体为：
步骤S321:将谐波责任指标Ak在不改变原本指标的相对大小关系的前提下去除负值，得到Ek[i,1]
式中，Amax[i,1]、Amin[i,1]分别表示所有用户在第i个分析时段的谐波责任指标Ak的最大值、最小值；
步骤S322:根据Ek[i,1]，得到归一化后的谐波责任指标：
进一步的，所述步骤S5具体为：
设用户k长时段总谐波责任指标Hk；长时间谐波责任指标是对动态责任指标随时间变化曲线进行积分，再计算各积分结果占所有用户积分总和的百分比，计算方法如式(8)所示：
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明可用于解决用户难以接受短时谐波责任划分结果的问题，不需要专门进行测试或增加安装专用设备，原理简单、使用方便，利用经国家授权检定的电表数据，其结果客观可信，更具工程实用性、具有较强的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明实施例中谐波责任工程问题示意图；
图3是本发明实施例中责任拟合函数示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1和图2，本发明提供一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，包括以下步骤：
步骤S1:采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列和各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据；
步骤S2:根据得到的谐波电压监测数据序列和平均有功功率计量数据，计算所有用户的平均有功功率与谐波电压数据的动态相关系数，分别为D1＝[d11,d12,…,d1n]、D2＝[d21,d22,…,d2n]、……、Dm＝[dm1,dm2,…,dmn]；
步骤S3:根据得到的动态相关系数和评价有功功率值，构造动态谐波责任指标，并进行归一化处理；
步骤S4:根据归一化后的动态谐波责任指标，构造长期谐波责任指标；
步骤S5:根据得到的长期谐波责任指标，进行需划分责任时段内的谐波责任划分。
在本实施例中，所述步骤S1具体为：采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列U＝[u1,u2,…,un]，此时段内连接于该母线的各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据，设共有m个用户，用户的平均有功功率序列为P1＝[p11,p12,…,p1n]、P2＝[p21,p22,…,p2n]、……、Pm＝[pm1,pm2,…,pmn]。
在本实施例中，所述步骤S3具体为：
步骤S31:构造动态谐波责任指标Ak
式中k表示第k个用户，Dk[1,i]是用户k的第i个动态相关系数，Pk[1,i]表示用户k与动态相关系数对应的平均有功功率值，
表示与i时间段对应的所有用户平均有功功率的总和，g为责任拟合函数；
步骤S32:对Ak使用归一化方法，使每个用户每一时刻谐波责任在区间[0,1]之内，且同一时刻所有用户谐波责任总和为100％,得到归一化后的动态谐波责任指标Fk。
在本实施例中，所述责任拟合函数具体为：
g(x)＝a+bx+cx2+dx3+ex4 (2)
其中a、b、c、d、e为待定系数。
进一步的，采用网格搜索法确定责任拟合函数中的待定系数，具体为：
1)计算每个用户每个时间节点的动态谐波责任指标Ak，设第k个用户i时刻的动态谐波责任指标为Ak[1,i]，可表示为
其中用户k平均有功功率Pk[1,i]、m个用户平均有功功率总和
P、U动态相关系数Dk[1,i]均为已知量，可直接代入计算，则Ak[1,i]的取值只与责任拟合函数系数有关；
2)计算所有用户在每个时间节点Ak的组合
设i时刻的动态谐波责任指标组合为
与拟合函数系数有关，表示为:
3)确定窗宽T，求
与U动态相关系数D，其求取方法如式(4)所示：
式中，x[i,i+T](y[i,i+T])表示从序列x(y)的第i个数据到第i+T个数据，T表示窗宽。则
与U动态相关系数D是一个只与责任拟合函数系数取值有关的函数，用f表示，如式(5)所示。
4)采用网格搜索法求取系数，确定搜索步长，搜索网格中每一组a、b、c、d、e式(5)的取值，当式(5)达到最大值时的a、b、c、d、e即为所求系数。
在本实施例中，所述采用网格搜索法求取系数具体为：
(1)对a、b、c、d、e、f赋初值，并且确定网格搜索下限为-100、上限为+100、步长为1；
(2)从网格下限开始，计算每个步长a、b、c、d、e的值，并代入式(5)计算f，比较本步f与前一步f的大小，若本步f大于前一步f，则记录本步a、b、c、d、e的值；若本步f小于前一步f，则记录前一步a、b、c、d、e的值，直到网格上限；
(3)返回a、b、c、d、e的值。
在本实施例中，所述步骤S32具体为：
步骤S321:将谐波责任指标Ak在不改变原本指标的相对大小关系的前提下去除负值，得到Ek[i,1]
式中，Amax[i,1]、Amin[i,1]分别表示所有用户在第i个分析时段的谐波责任指标Ak的最大值、最小值；
步骤S322:根据Ek[i,1]，得到归一化后的谐波责任指标：
在本实施例中，所述步骤S5具体为：
设用户k长时段总谐波责任指标Hk；长时间谐波责任指标是对动态责任指标随时间变化曲线进行积分，再计算各积分结果占所有用户积分总和的百分比，计算方法如式(8)所示：
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列和各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据；
步骤S2:根据谐波电压监测数据序列和平均有功功率计量数据，计算所有用户的平均有功功率与谐波电压监测数据的动态相关系数，分别为D1＝[d11,d12,…,d1n]、D2＝[d21,d22,…,d2n]、……、Dm＝[dm1,dm2,…,dmn]；
步骤S3:根据动态相关系数和平均有功功率，构造动态谐波责任指标，并进行归一化处理；
步骤S4:根据归一化后的动态谐波责任指标，构造长时间谐波责任指标；
步骤S5:根据长时间谐波责任指标，进行需划分责任时段内的谐波责任划分；
所述步骤S3具体为：
步骤S31:构造动态谐波责任指标Ak
式中，k表示第k个用户，Dk[1,i]是第k个用户i时刻的相关系数，Pk[1,i]表示第k个用户与动态相关系数对应的平均有功功率，
表示与i时刻对应的所有用户平均有功功率的总和，g为责任拟合函数；
步骤S32:对Ak使用归一化方法，使每个用户每一时刻谐波责任在区间[0,1]之内，且同一时刻所有用户谐波责任总和为100％，得到归一化后的动态谐波责任指标Fk；
所述责任拟合函数具体为：
g(x)＝a+bx+cx2+dx3+ex4 (2)
其中a、b、c、d、e为待定系数；
采用网格搜索法确定责任拟合函数中的待定系数，具体为：
1)计算每个用户每个时刻的动态谐波责任指标Ak，设第k个用户i时刻的动态谐波责任指标为Ak[1,i]，表示为：
其中，Pk[1,i]、
Dk[1,i]均为已知量，直接代入计算，则Ak[1,i]的取值只与责任拟合函数的系数有关；
2)计算所有用户在每个时刻的动态谐波责任指标Ak的组合
设i时刻的动态谐波责任指标组合为
与责任拟合函数的系数有关，表示为:
3)确定窗宽T，求
与谐波电压监测数据序列U的动态相关系数D，其求取方法如式(4)所示：
式中，x[i,i+T]表示从序列x的i时刻的数据到i+T时刻的数据，y[i,i+T]表示从序列y的i时刻的数据到i+T时刻的数据，则
与动态相关系数D是一个只与责任拟合函数的系数取值有关的函数，用f表示，如式(5)所示：
4)采用网格搜索法求取系数，确定搜索步长，搜索网格中每一组a、b、c、d、e的取值，当式(5)达到最大值时的a、b、c、d、e即为所求系数。
2.根据权利要求1所述的一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，其特征在于，
所述步骤S1具体为：采集需划分责任时段内谐波电压监测数据序列U＝[u1,u2,…,un]，根据此时段内连接于母线的各个用户在用电信息采集系统的平均有功功率计量数据，设共有m个用户，用户的平均有功功率序列为P1＝[p11,p12,…,p1n]、P2＝[p21,p22,…,p2n]、……、Pm＝[pm1,pm2,…,pmn]。
3.根据权利要求1所述的一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，其特征在于，所述采用网格搜索法求取系数具体为：
(1)对a、b、c、d、e、f赋初值，并且确定网格搜索下限为-100、网格搜索上限为+100、步长为1；
(2)从网格搜索下限开始，计算每个步长a、b、c、d、e的值，并代入式(5)计算f，比较此步f与前一步f的大小，若此步f大于前一步f，则记录此步a、b、c、d、e的值；若此步f小于前一步f，则记录前一步a、b、c、d、e的值，直到网格搜索上限；
(3)返回a、b、c、d、e的值。
4.根据权利要求1所述的一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，其特征在于，所述步骤S32具体为：
步骤S321:将动态谐波责任指标Ak在不改变原本指标的相对大小关系的前提下去除负值，得到Ek[1,i]
式中，Amax[1,i]、Amin[1,i]依次表示所有用户在i时刻的动态谐波责任指标Ak的最大值、最小值；
步骤S322:根据Ek[1,i]，得到归一化后的动态谐波责任指标：
5.根据权利要求4所述的一种长时间尺度动态谐波责任划分方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：
设第k个用户长时间总谐波责任指标Hk；长时间总谐波责任指标是对动态谐波责任指标随时间变化曲线进行积分，再计算各积分结果占所有用户积分总和的百分比，计算方法如式(8)所示：
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| GR01 | Patent grant | ||
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