CN110009184A - 一种电能质量影响权重的量化计算方法 - Google Patents

一种电能质量影响权重的量化计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电能质量影响权重的量化计算方法，首先基于各类电能质量指标的扰动功率计算各类电能质量指标影响权重的归一化系数；根据各类电能质量指标影响权重的归一化系数计算各类电能质量指标的影响权重比例；基于不同类电能质量指标的影响权重比例优化电能质量约束目标函数。本发明是一种电能质量影响权重的量化计算方法，实现不同电能质量指标的权重计算，用以修正各类基于电能质量约束规划中的目标函数，抓住电能质量影响的主要指标，解决由于不同类电能质量指标导致的非线性设备（负载/电源）接入电网判断方法复杂的技术问题。

Description

一种电能质量影响权重的量化计算方法
技术领域
本发明属于电能质量评估技术领域，具体涉及一种电能质量影响权重的量化计算方法。
背景技术
目前，随着技术的进步及国家能源产业政策的调整，传统的配电网及用电网均发生了较大的变化，配电网及用电网已经由原来的“无源”发展为“有源”，其基本特点在于分布式新能源的广泛接入与消纳。分布式新能源的广泛消纳在带来电网智能化、用户便利化的同时，也带来了普遍的电能质量问题，包括电压偏差、电压波动、谐波和不平衡等，导致供用电电磁环境更加复杂，电能质量干扰引起的电网安全、电气设备故障、敏感用户生产工艺过程异常中断等问题将会表现的更加突出。
目前各类非线性负荷/电源的规划并网普遍存在，无论面对非线性负荷接入电网还是面对非线性电源例如分布式电源并网，均需要对其引起的主要电能质量污染进行预评估分析，即需要考虑电能质量问题，但是，由于电能质量指标有很多种，可能导致过度考虑各类电能质量问题而影响非线性设备(负载/电源)的接入。
现有方法多为在非线性设备接入电网之前，根据各类非线性设备的用电特性，计算各类电能质量指标并与国家标准进行比较，这种方法必须结合不同设备的电气特性进行计算，即需要预先知道不同非线性设备电气特性，不同非线性电气设备的用电特性差异较大，因此该应用方法不能普遍适用；或者非线性设备并网投入运行后应用电能质量检测设备监测设备运行后产生的各类电能质量量值，再与国家标准比较，这种方法的电能质量在设备投运后才能实测，无法预先采取必要的措施。
发明内容
为解决上述问题，本发明是一种电能质量影响权重的量化计算方法，实现不同电能质量指标的权重计算，用以修正各类基于电能质量约束规划中的目标函数，抓住电能质量影响的主要指标，解决由于不同类电能质量指标导致的非线性设备(负载/电源)接入电网判断方法复杂的技术问题。
本发明采用如下技术方案，一种电能质量影响权重的量化计算方法，具体步骤如下：
1)基于各类电能质量指标的扰动功率计算各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ；
2)根据各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ计算各类电能质量指标的影响权重比例；
3)基于不同类电能质量指标的影响权重比例优化电能质量约束目标函数。
优选地，所述步骤1)中各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ的计算公式如下：
其中，所述限值为电能质量指标国家限值标准中对应的限值。
优选地，所述电能质量指标包括：电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波，对应的电能质量指标影响权重的归一化系数分别表示为λΔV、λδV、λε和λTHD。
优选地，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足全部电能质量指标约束：
min(αΔV(DΔV-DΔV,lim)2+αδV(DδV-DδV,lim)2+αε(Dε-Dε,lim)2+αTHD(DTHD-DTHD,lim)2)≤η其中η为预设值，αΔV、αδV、αε和αTHD分别表示电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例，当满足上式时，规划结束。
优选地，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足最大权重比例指标约束：
αmax＝max{αΔV,αδV,αε,αTHD}，式中αmax表示最大权重比例，max为取最大值符号，αΔV、αδV、αε和αTHD分别表示电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例，则修正后的约束目标为：
min(αmax(D-Dlim)2)≤η
其中：D表示对应αmax的待规划指标，Dlim为对应的限值，当满足上式时，规划结束。
优选地，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足部分指标约束，将电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例αΔV、αδV、αε、αTHD由大到小排列，选择部分权重比例对应的部分指标进行约束优化。
发明所达到的有益效果：本发明是一种电能质量影响权重的量化计算方法，实现不同电能质量指标的权重计算，用以修正各类基于电能质量约束规划中的目标函数，抓住电能质量影响的主要指标，解决由于不同类电能质量指标导致的非线性设备(负载/电源)接入电网判断方法复杂的技术问题。本发明简单实用且具有普适性，通过计算各类电能质量指标的影响权重，在对各类非线性负荷/电源的规划并网引起的主要电能质量污染进行预评估分析时，简捷地确定主要电能质量问题，实现不同类型的非线性负荷、非线性电源规划，避免过度考虑各类电能质量问题影响非线性设备(负载/电源)的接入。相较于人为设置不同电能质量指标的影响权重，本发明依托国家标准计算权重，具备科学依据，在满足主要电能质量指标约束的同时，能够实现非线性负荷、电源的最大程度接入。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
一种电能质量影响权重的量化计算方法，包括以下步骤：
1)基于各类电能质量指标的扰动功率计算各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ；
2)根据各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ计算各类电能质量指标的影响权重比例；
3)基于不同类电能质量指标的影响权重比例优化电能质量约束目标函数。
实施例2
在实施例1的基础上，所述步骤1)中各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ的计算公式如下：
其中，所述限值为电能质量指标国家限值标准中对应的限值。
作为一种较佳的实施例，所述电能质量指标包括：电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波，对应的电能质量指标影响权重的归一化系数分别表示为λΔV、λδV、λε和λTHD，即λΔV表示电压偏差影响权重归一化系数，λδV表示电压波动影响权重归一化系数，λε表示三相不平衡度影响权重归一化系数，λTHD表示谐波电压总畸变率影响权重归一化系数。
步骤2)中根据各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ计算各类电能质量指标的影响权重比例，影响权重比例为αΔV：αδV：αε：其中：αΔV为电压偏差的权重比例，αδV为电压波动的权重比例，αε为三相不平衡度的权重比例，αTHD为谐波电压总畸变率的权重比例，λmin＝min{λΔV,λδV,λε,λTHD}，min为取最小值符号，但λmin不为0。
作为一种较佳的实施例，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足全部电能质量指标约束：
min(αΔV(DΔV-DΔV,lim)2+αδV(DδV-DδV,lim)2+αε(Dε-Dε,lim)2+αTHD(DTHD-DTHD,lim)2)≤η其中η为预设值，αΔV、αδV、αε和αTHD分别表示电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例，当满足上式时，规划结束。
作为一种较佳的实施例，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足最大权重比例指标约束：
αmax＝max{αΔV,αδV,αε,αTHD}，式中αmax表示最大权重比例，max为取最大值符号，αΔV、αδV、αε和αTHD分别表示电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例，则修正后的约束目标为：
min(αmax(D-Dlim)2)≤η
其中：D表示对应αmax的待规划指标，Dlim为对应的限值，当满足上式时，规划结束。
作为一种较佳的实施例，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足部分指标约束，将电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例αΔV、αδV、αε、αTHD由大到小排列，选择部分权重比例对应的部分指标进行约束优化。
以10kV电压等级为例进行分析，其中电压偏差限值标准为7％，电压波动限值标准为3％，不平衡度限值标准为2％，谐波电压总畸变率限值标准为4％；同时已知各次谐波电流含有率HRIh，且11次谐波电流含有率为HRI11＝5％，13次谐波电流含有率为HRI13＝3％，23次谐波电流含有率为HRI23＝2％。据此分析电能质量扰动权重如下：
对于三相对称设备，计算各类电能质量指标的扰动功率为：电压偏差扰动功率为SN，电压波动扰动功率为SN，不平衡扰动功率为0，谐波扰动功率为0.8162SN，则各类电能质量指标的影响权重归一化系数为：电压偏差电压波动不平衡谐波电压总畸变率其不为0的最小值则各类电能质量指标的影响权重比例为电压偏差：电压波动：不平衡：谐波＝1:2.3:0:1.43。其中SN为额定功率。基于全部指标约束的目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+2.3×(DδV-DδV,lim)2+1.43×(DTHD-DTHD,lim)2)
对于单相分布式电源，针对相相接入模式,电压偏差扰动功率为电压波动扰动功率为不平衡扰动功率为SN，谐波扰动功率为采用上述同样的方法可得到各类电能质量指标的影响权重比例为电压偏差:电压波动:不平衡:谐波＝1:2.3:2.0:1.43。
对于单相分布式电源，针对相地接线模式,电压偏差扰动功率为3SN，电压波动扰动功率为3SN，不平衡扰动功率为SN，谐波扰动功率为0.8162×3SN，采用上述同样的方法可得到各类电能质量指标的影响权重比例为电压偏差:电压波动:不平衡:谐波＝1:2.3:1.17:1.43，基于全部指标约束的目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+2.3×(DδV-DδV,lim)2+1.17×(Dε-Dε,lim)2+1.43×(DTHD-DTHD,lim)2)
本发明方案主要基于如下理论：第一，电能质量扰动来源于对应的扰动功率；第二，尽管各类电能质量指标的限值不同，但可应用该限值指标对对应的扰动功率进行归一化，形成不同类电能质量权重的归一化系数；第三，应用电能质量权重的归一化系数进行权重影响分析。基于上述三点，只要知道了各类电能质量扰动的扰动功率，就无需知道其电气特性，可应用电能质量权重的归一化系数进行权重影响分析。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；应当指出：对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种电能质量影响权重的量化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于各类电能质量指标的扰动功率计算各类电能质量指标影响权重的归一化系数；
2)根据各类电能质量指标影响权重的归一化系数计算各类电能质量指标的影响权重比例；
3)基于不同类电能质量指标的影响权重比例优化电能质量约束目标函数。
2.根据权利要求1所述的一种电能质量影响权重的量化计算方法，其特征在于，所述步骤1)中各类电能质量指标影响权重的归一化系数λ的计算公式如下：
其中，所述限值为电能质量指标国家限值标准中对应的限值。
3.根据权利要求1或2所述的一种电能质量影响权重的量化计算方法，其特征在于，所述电能质量指标包括：电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波，对应的电能质量指标影响权重的归一化系数分别表示为λΔV、λδV、λε和λTHD。
4.根据权利要求1所述的一种电能质量影响权重的量化计算方法，其特征在于，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足全部电能质量指标约束：
min(αΔV(DΔV-DΔV,lim)2+αδV(DδV-DδV,lim)2+αε(Dε-Dε,lim)2+αTHD(DTHD-DTHD,lim)2)≤η
其中η为预设值，αΔV、αδV、αε和αTHD分别表示电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例，当满足上式时，规划结束。
5.根据权利要求1所述的一种电能质量影响权重的量化计算方法，其特征在于，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足最大权重比例指标约束：
αmax＝max{αΔV,αδV,αε,αTHD}，式中αmax表示最大权重比例，max为取最大值符号，αΔV、αδV、αε和αTHD分别表示电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例，则修正后的约束目标为：
min(αmax(D-Dlim)2)≤η
其中：D表示对应αmax的待规划指标，Dlim为对应的限值，当满足上式时，规划结束。
6.根据权利要求1所述的一种电能质量影响权重的量化计算方法，其特征在于，所述步骤3)中优化电能质量约束目标函数具体方法如下：
基于电能质量约束的传统规划目标函数为：
min((DΔV-DΔV,lim)2+(DδV-DδV,lim)2+(Dε-Dε,lim)2+(DTHD-DTHD,lim)2)
式中：DΔV表示待规划电压偏差指标；DΔV,lim表示电压偏差限值；DδV表示待规划电压波动指标；DδV,lim表示电压波动限值；Dε表示待规划三相不平衡度指标；Dε,lim表示三相不平衡度限值；DTHD表示待规划谐波电压总畸变率指标；DTHD,lim表示谐波电压总畸变率限值；
修正后的约束目标为满足部分指标约束，将电压偏差、电压波动、三相不平衡度和谐波的影响权重比例αΔV、αδV、αε、αTHD由大到小排列，选择部分权重比例对应的部分指标进行约束优化。
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