CN110927491B - 基于无相位数据的多谐波源责任划分方法及装置 - Google Patents

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CN110927491B CN201911216809.7A CN201911216809A CN110927491B CN 110927491 B CN110927491 B CN 110927491B CN 201911216809 A CN201911216809 A CN 201911216809A CN 110927491 B CN110927491 B CN 110927491B
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Abstract

本发明公开了一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法，包括：采集系统中各谐波频率下公共连接点PCC处的谐波电压及各馈线谐波电压间的相位差信息、各馈线谐波电流的幅值及各馈线谐波电流间的相位差信息；计算不同谐波频率下各馈线的有功功率和无功功率；计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和；通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗；计算各馈线的贡献电压；计算各馈线谐波责任。本发明能够提高谐波参数的计算精度和计算效率，从而进一步提高电能质量、确保电网的安全运行和电力用户的正常用电。本发明还公开了一种基于无相位数据的多谐波源责任划分装置。

Description

基于无相位数据的多谐波源责任划分方法及装置
技术领域
本发明涉及电能质量领域的谐波责任划分技术领域，尤其涉及一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法及装置。
背景技术
由于电力电子装置以及各种非线性、冲击性及不对称负荷接入电网，电网的谐波问题日益突出。谐波会引起电磁式继电保护装置误动或拒动，电力设备受谐波影响，附加损耗变大，产热增多，寿命缩短，而高次谐波使线路的谐波阻抗增加，谐波电流会引起线路的损耗增大；此外，通讯线路也会因谐波的存在而受到不利影响。
谐波污染带来的电能质量问题给用户及电网带来了严重损失，电力部门应及时掌握电能质量情况，评估各用户的谐波发射水平并采取相应措施以保证电能质量符合标准。一套合理的谐波责任划分技术对提高电能质量、确保电网的安全运行和电力用户的正常用电具有重要意义。
现有技术存在多种方法能够在已知谐波电压和谐波电流各自幅值和相位的条件下，估算多谐波源的谐波参数。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：
在实际测量中，谐波电压和谐波电流各自的相位信息难以获得，这就会导致已有的估算方法失效，若采用人为构造相位法，如随机相位法和相位置零法等，虽然能够避免现存方法失效但由此引入的不可控误差会降低估算精度。
因此，为了能够在实际中有效地对各谐波源进行定量谐波责任划分，急需一种便于测量的谐波责任划分模型以及谐波责任计算方法。
发明内容
本发明实施例提供一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法，能够提高谐波参数的计算精度和计算效率，从而进一步提高电能质量、确保电网的安全运行和电力用户的正常用电。
本发明实施例一提供一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法，包括如下步骤：
采集系统中各谐波频率下公共连接点PCC处的谐波电压及所述各馈线谐波电压间的相位差信息、各馈线谐波电流的幅值及所述各馈线谐波电流间的相位差信息；
计算不同谐波频率下各馈线的有功功率和无功功率；
计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和；
通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗；
计算各馈线的贡献电压；
计算各馈线谐波责任。
作为上述方案的改进，还包括：
设关注母线处接入了n条含谐波源的馈线，令Zz和
Figure BDA0002299737640000028
不变，由叠加原理得到如下式(1)所示的关系：
Figure BDA0002299737640000022
式中，在h次谐波频率下，
Figure BDA0002299737640000023
为各馈线上的等效谐波源的谐波电流，
Figure BDA0002299737640000029
为各谐波源单独作用时在公共连接点PCC处造成的谐波电压，Zci为等效谐波阻抗，Zs为供电侧的等效阻抗，
Figure BDA0002299737640000025
为在公共连接点PCC处的背景谐波电压，
Figure BDA0002299737640000026
为关注母线的谐波电压；
其中，
Figure BDA0002299737640000027
为系统h次谐波频率下的总谐波阻抗，即各谐波源的等效谐波阻抗的并联值。
作为上述方案的改进，令
Figure BDA0002299737640000031
代入公式(1)，得到下式(2)：
Figure BDA0002299737640000032
将式(2)按照直角坐标系展开其实部，得到下式(3)：
Figure BDA0002299737640000033
式中，下标x、y分别代表参数的实部和虚部，根据线性回归法即可估算得到Zz＝Zzx+jZzy，且Zci＞＞Zs。
作为上述方案的改进，采用所述馈线谐波电流替代实际谐波源电流
Figure BDA0002299737640000034
如下式(4)所示：
Figure BDA0002299737640000035
其中，
Figure BDA0002299737640000036
是馈线i中的谐波源单独作用时馈线上的谐波电流；
在实际的电力系统中，满足Zci＞＞Zs，将公式(4)改写为：
Figure BDA0002299737640000037
Figure BDA0002299737640000038
与实际的馈线谐波电流
Figure BDA0002299737640000039
具有如下式(6)所示的关系：
Figure BDA00022997376400000310
作为上述方案的改进，还包括：将多谐波源责任划分的数学模型进行推导以达到适用于无相位实测数据的谐波责任计算，包括以下步骤：
将所述总谐波阻抗代入公式(1)，等式两边同时取共轭，得到下式(7)：
Figure BDA00022997376400000311
式中，上标“*”表示共轭；
将式(7)等式两边同时乘以
Figure BDA00022997376400000312
得到下式(8)：
Figure BDA00022997376400000313
式中，
Figure BDA0002299737640000041
表示馈线i在h次谐波频率下的谐波功率，按照直角坐标系展开
Figure BDA0002299737640000042
以及
Figure BDA0002299737640000043
得到下式(9)：
Figure BDA0002299737640000044
式中，
Figure BDA0002299737640000045
分别表示馈线i在h次谐波频率下的有功功率和无功功率。
作为上述方案的改进，所述计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002299737640000046
计算用户侧在h次谐波频率下的有功功率之和和无功功率之和；
其中，
Figure BDA0002299737640000047
分别表示馈线i在h次谐波频率下的有功功率和无功功率。
作为上述方案的改进，所述通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗，具体包括：
设常数项
Figure BDA0002299737640000048
为
Figure BDA0002299737640000049
按照直角坐标系展开公式(6)的实部，得到下式(10)：
Figure BDA00022997376400000410
根据所述谐波电压和谐波电流的相位差，通过线性回归法估算h次谐波频率下的总谐波阻抗。
作为上述方案的改进，所述计算各馈线的贡献电压，具体包括：
通过下式(11)计算各馈线的谐波贡献电压：
Figure BDA00022997376400000411
式中，
Figure BDA00022997376400000417
为各馈线的谐波贡献电压；
Figure BDA00022997376400000413
的相位角是谐波电压电流的相位差，得到的谐波贡献电压的相位角是
Figure BDA00022997376400000414
与
Figure BDA00022997376400000415
之间的夹角θ。
作为上述方案的改进，所述计算各馈线谐波责任，具体包括：
通过下式(12)计算各馈线的谐波责任：
Figure BDA00022997376400000416
式中，Hpcci为馈线i在h次谐波频率下的谐波责任，θ表示
Figure BDA0002299737640000051
与
Figure BDA0002299737640000052
之间的夹角。
本发明实施例二对应提供了一种基于无相位数据的多谐波源责任划分装置，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法。
本发明实施例提供的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法，具有如下有益效果：
本发明提供了一种适用于无相位数据的估算谐波责任的方法，只需通过谐波电压和谐波电流的相位差即可计算得到各馈线的谐波责任，避免了谐波电压和谐波电流各自的相位获取困难的问题，能够提高谐波参数的计算效率；同时能够估算得到各馈线的谐波贡献电压和系统总谐波阻抗参数；大大提高了得到的谐波参数估算结果的精度，并提高了本发明实施例提供的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法的实用性，从而进一步提高电能质量、确保电网的安全运行和电力用户的正常用电。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法的流程示意图。
图2是集中式多谐波源系统等值电路示意图。
图3是谐波电压相量关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法的流程示意图，包括如下步骤：
S1、采集系统中各谐波频率下公共连接点PCC处的谐波电压及各馈线谐波电压间的相位差信息、各馈线谐波电流的幅值及各馈线谐波电流间的相位差信息；
S2、计算不同谐波频率下各馈线的有功功率和无功功率；
S3、计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和；
S4、通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗；
S5、计算各馈线的贡献电压；
S6、计算各馈线谐波责任。
进一步地，还包括：
设关注母线处接入了n条含谐波源的馈线，令Zz和
Figure BDA0002299737640000061
不变，由叠加原理得到如下式(1)所示的关系：
Figure BDA0002299737640000062
式中，在h次谐波频率下，
Figure BDA0002299737640000063
为各馈线上的等效谐波源的谐波电流，
Figure BDA0002299737640000064
为各谐波源单独作用时在公共连接点PCC处造成的谐波电压，Zci为等效谐波阻抗，Zs为供电侧的等效阻抗，
Figure BDA0002299737640000065
为在公共连接点PCC处的背景谐波电压，
Figure BDA0002299737640000066
为关注母线的谐波电压；
其中，
Figure BDA0002299737640000067
为系统h次谐波频率下的总谐波阻抗，即各谐波源的等效谐波阻抗的并联值。
进一步地，令
Figure BDA0002299737640000068
代入公式(1)，得到下式(2)：
Figure BDA0002299737640000069
将式(2)按照直角坐标系展开其实部，得到下式(3)：
Figure BDA0002299737640000071
式中，下标x、y分别代表参数的实部和虚部，根据线性回归法即可估算得到Zz＝Zzx+jZzy，且Zci＞＞Zs。
进一步地，采用馈线谐波电流替代实际谐波源电流
Figure BDA0002299737640000072
如下式(4)所示：
Figure BDA0002299737640000073
其中，
Figure BDA0002299737640000074
是馈线i中的谐波源单独作用时馈线上的谐波电流；
在实际的电力系统中，满足Zci＞＞Zs，将公式(4)改写为：
Figure BDA0002299737640000075
Figure BDA0002299737640000076
与实际的馈线谐波电流
Figure BDA0002299737640000077
具有如下式(6)所示的关系：
Figure BDA0002299737640000078
优选地，在总谐波阻抗的估算中，采用谐波源电流较为准确，但实际的电力网络中，各个谐波源相互影响，使得
Figure BDA0002299737640000079
无法测量。需要用
Figure BDA00022997376400000710
等效替代，估算得到Zz，计算
Figure BDA00022997376400000711
及Hpcci。
进一步地，还包括：将多谐波源责任划分的数学模型进行推导以达到适用于无相位实测数据的谐波责任计算，包括以下步骤：
将总谐波阻抗代入公式(1)，等式两边同时取共轭，得到下式(7)：
Figure BDA00022997376400000712
式中，上标“*”表示共轭；
将式(7)等式两边同时乘以
Figure BDA00022997376400000713
得到下式(8)：
Figure BDA00022997376400000714
式中，
Figure BDA00022997376400000715
表示馈线i在h次谐波频率下的谐波功率，按照直角坐标系展开
Figure BDA00022997376400000716
以及
Figure BDA00022997376400000717
得到下式(9)：
Figure BDA0002299737640000081
式中，
Figure BDA0002299737640000082
分别表示馈线i在h次谐波频率下的有功功率和无功功率。
进一步地，计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002299737640000083
计算用户侧在h次谐波频率下的有功功率之和和无功功率之和；
其中，
Figure BDA0002299737640000084
分别表示馈线i在h次谐波频率下的有功功率和无功功率。
进一步地，通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗，具体包括：
设常数项
Figure BDA0002299737640000085
为
Figure BDA0002299737640000086
按照直角坐标系展开公式(6)的实部，得到下式(10)：
Figure BDA0002299737640000087
根据谐波电压和谐波电流的相位差，通过线性回归法估算h次谐波频率下的总谐波阻抗。
进一步地，由于总谐波阻抗可近似为各馈线的谐波贡献阻抗，计算各馈线的贡献电压，具体包括：
通过下式(11)计算各馈线的谐波贡献电压：
Figure BDA0002299737640000088
式中，
Figure BDA0002299737640000089
为各馈线的谐波贡献电压；
Figure BDA00022997376400000810
的相位角是谐波电压电流的相位差，得到的谐波贡献电压的相位角是
Figure BDA00022997376400000811
与
Figure BDA00022997376400000812
之间的夹角θ。
进一步地，计算各馈线谐波责任，具体包括：
通过下式(12)计算各馈线的谐波责任：
Figure BDA00022997376400000813
式中，Hpcci为馈线i在h次谐波频率下的谐波责任，θ表示
Figure BDA00022997376400000814
与
Figure BDA00022997376400000815
之间的夹角。
具体地，参见图2，是集中式多谐波源系统等值电路示意图。参见图3，是谐波电压相量关系示意图。
本发明实施例提供的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法，具有如下有益效果：
本发明提供了一种适用于无相位数据的估算谐波责任的方法，只需通过谐波电压和谐波电流的相位差即可计算得到各馈线的谐波责任，避免了谐波电压和谐波电流各自的相位获取困难的问题，能够提高谐波参数的计算效率；同时能够估算得到各馈线的谐波贡献电压和系统总谐波阻抗参数；大大提高了得到的谐波参数估算结果的精度，并提高了本发明实施例提供的一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法的实用性，从而进一步提高电能质量、确保电网的安全运行和电力用户的正常用电。
本发明实施例二对应提供了一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中且被配置为由处理器执行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例一的基于无相位数据的多谐波源责任划分方法。基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、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。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，所述处理器是所述基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置的各种功能。所述存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集系统中各谐波频率下公共连接点PCC处的谐波电压及各馈线谐波电压间的相位差信息、各馈线谐波电流的幅值及各馈线谐波电流间的相位差信息；
计算不同谐波频率下各馈线的有功功率和无功功率；具体地，设关注母线处接入了n条含谐波源的馈线，令Zz和
Figure FDA0002947386390000011
不变，由叠加原理得到如下式(1)所示的关系：
Figure FDA0002947386390000012
式中，在h次谐波频率下，
Figure FDA0002947386390000013
为各馈线上的等效谐波源的谐波电流，
Figure FDA0002947386390000014
为各谐波源单独作用时在公共连接点PCC处造成的谐波电压，Zci为等效谐波阻抗，Zs为供电侧的等效阻抗，
Figure FDA0002947386390000015
为在公共连接点PCC处的背景谐波电压，
Figure FDA0002947386390000016
为关注母线的谐波电压；
其中，
Figure FDA0002947386390000017
为系统h次谐波频率下的总谐波阻抗，即各谐波源的等效谐波阻抗的并联值；
令
Figure FDA0002947386390000018
代入公式(1)，得到下式(2)：
Figure FDA0002947386390000019
将式(2)按照直角坐标系展开其实部，得到下式(3)：
Figure FDA00029473863900000110
式中，下标x、y分别代表参数的实部和虚部，根据线性回归法即可估算得到Zz＝Zzx+jZzy，且Zci＞＞Zs；
采用所述馈线谐波电流替代实际谐波源电流
Figure FDA00029473863900000111
如下式(4)所示：
Figure FDA00029473863900000112
其中，
Figure FDA0002947386390000021
是馈线i中的谐波源单独作用时馈线上的谐波电流；
在实际的电力系统中，满足Zci＞＞Zs，将公式(4)改写为：
Figure FDA0002947386390000022
Figure FDA0002947386390000023
与实际的馈线谐波电流
Figure FDA0002947386390000024
具有如下式(6)所示的关系：
Figure FDA0002947386390000025
将多谐波源责任划分的数学模型进行推导以达到适用于无相位实测数据的谐波责任计算，包括以下步骤：
将所述总谐波阻抗代入公式(1)，等式两边同时取共轭，得到下式(7)：
Figure FDA0002947386390000026
式中，上标“*”表示共轭；
将式(7)等式两边同时乘以
Figure FDA0002947386390000027
得到下式(8)：
Figure FDA0002947386390000028
式中，
Figure FDA0002947386390000029
表示馈线i在h次谐波频率下的谐波功率，按照直角坐标系展开
Figure FDA00029473863900000210
以及
Figure FDA00029473863900000211
得到下式(9)：
Figure FDA00029473863900000212
式中，
Figure FDA00029473863900000213
分别表示馈线i在h次谐波频率下的有功功率和无功功率；
计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和；其中，所述计算系统中各馈线在h次谐波频率下的有功功率之和以及无功功率之和，具体包括：
根据公式
Figure FDA00029473863900000214
计算用户侧在h次谐波频率下的有功功率之和和无功功率之和；
其中，
Figure FDA00029473863900000215
分别表示馈线i在h次谐波频率下的有功功率和无功功率；
通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗；其中，所述通过偏最小二乘法估算系统总谐波阻抗，具体包括：
设常数项
Figure FDA0002947386390000031
为
Figure FDA0002947386390000032
按照直角坐标系展开公式(6)的实部，得到下式(10)：
Figure FDA0002947386390000033
根据所述谐波电压和谐波电流的相位差，通过线性回归法估算h次谐波频率下的总谐波阻抗；
计算各馈线的贡献电压；其中，所述计算各馈线的贡献电压，具体包括：
通过下式(11)计算各馈线的谐波贡献电压：
Figure FDA0002947386390000034
式中，
Figure FDA0002947386390000035
为各馈线的谐波贡献电压；
Figure FDA0002947386390000036
的相位角是谐波电压电流的相位差，得到的谐波贡献电压的相位角是
Figure FDA0002947386390000037
与
Figure FDA0002947386390000038
之间的夹角θ；
计算各馈线谐波责任；其中，所述计算各馈线谐波责任，具体包括：
通过下式(12)计算各馈线的谐波责任：
Figure FDA0002947386390000039
式中，Hpcci为馈线i在h次谐波频率下的谐波责任，θ表示
Figure FDA00029473863900000310
与
Figure FDA00029473863900000311
之间的夹角。
2.一种基于无相位数据的多谐波源责任划分方法装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的一种基于无相位数据的多谐波源责任划方法。
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