CN112803394B - 一种基于upqc装置的配电网拓扑结构辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法，属于电力系统领域，建立包含UPQC装置的三相四线制配电网主电路结构模型；运行仿真模型，获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；运用广播电磁标记法，通过控制与改变并联侧换流装置的注入电流，再次分析终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；根据终端用户负载侧的电流、电压波形与并联侧换流装置的注入电流的对比关联，确定终端用户与配电变压器所属台区的对应关系。本发明基于安装在配电变压器的UPQC装置，运用广播电磁标记法，通过检测终端用户侧电流与电压，实现了低成本、高实时性的配电网拓扑结构辨识。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种配电网拓扑结构辨识方法，尤其是涉及一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法。
背景技术
目前，配电网拓扑结构的辨识按照所获取拓扑数据的途径可分为在线方法和离线方法两大类。
离线方法使用硬件设备进行现场检测辨识，信息系统中的低压配电网拓扑数据由人工录入，信息的正确性得不到保证、成本高且效率低；在线方法包括户变工频过零相关性分析法、历史停电事件相关性判别法和电压皮尔逊相关系数法等，是通过对计量系统中的相关信息进行分析而达到拓扑辨识的目的，逐渐成为当前拓扑辨识的热点方法；但在线方法对数据量和数据质量的要求高，依赖采集数据，占用通信信道。每种拓扑辨识方法均有其一定的优点、缺点、应用场景和应用效果，现在尚未有一种方法能够完全解决实际复杂运行场景中的低压拓扑结构辨识难题，所以，现实中必须综合采用多种辨识方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法，基于安装在配电变压器的UPQC装置，运用广播电磁标记法，通过检测终端用户侧电流与电压，实现了低成本、高实时性的配电网拓扑结构辨识。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法，包括：
S1：建立包含三相UPQC装置的三相四线制配电网主电路结构仿真模型；
S2：运行所述仿真模型，获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；
S3：运用广播电磁标记法，通过控制与改变并联侧换流装置的注入电流，并再次分析终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；
S4：对比分析运用广播电磁标记法前后终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况，根据终端用户负载侧的电流和电压波形与并联侧换流装置的注入电流的对比关联，确定终端用户与配电变压器所属台区的对应关系，以确定低压侧配电网的拓扑结构。
在一些可选的实施方案中，步骤S1包括：
UPQC装置由两个电压型换流装置通过直流储能单元背靠背连接，采用左串右并型拓扑结构，串联侧换流装置接于电网侧，用于维护连接处的电压、补偿电压跌落闪变与不对称；并联侧换流装置接于负载侧，用于补偿非线性负载引起的谐波电流与基波无功电流，串联侧换流装置与并联侧换流装置之间的直流储能单元承担维持直流电压恒定的功能。
在一些可选的实施方案中，步骤S2包括：
通过运行所述仿真模型，对终端用户负载侧的电流与电压波形进行在线快速傅里叶转化，获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况。
在一些可选的实施方案中，步骤S3包括：
运用广播电磁标记法，通过控制UPQC装置中的电力电子装置的通断，改变并联侧换流装置的注入电流，使并联侧换流装置的注入电流波形发生有规律的微小畸变，并再次分析终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况。
在一些可选的实施方案中，步骤S3包括：
将原调制信号与另一周期性信号叠加作为新的调制信号，以使原调制信号发生波形畸变，在原调制信号发生波形畸变的时间段内，电力电子装置的通断情况也发生变化，从而使并联侧换流装置的注入电流发生有规律的畸变，其中，原调制信号为UPQC装置中的电力电子装置采用的三相对称、频率为50Hz的参考正弦电压。
在一些可选的实施方案中，步骤S4包括：
S4.1：对于安装在配电变压器的UPQC装置的并联侧换流装置，改变注入电流后，检测终端用户负载侧的电流与电压波形，得到终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况，若此时终端用户负载侧电压和/或电流谐波分量在运用广播电磁标记法的时刻发生突变，且此后谐波分量随时间呈现与新调制信号周期一致的变化规律，则判断该终端用户与配电变压器所属台区具有对应关系；
S4.2：若运用广播电磁标记法后，终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况未发生突变，则判断该终端用户不是由此配电变压器供电。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)利用广播电磁标记法实现基于UPQC装置配电网的拓扑结构准确辨识，在实际复杂运行场景中，只要保证低压配电网处于正常供电的情形下，利用已安装于配电网变压器的UPQC装置，只需在终端用户侧附加安装电压或电流检测装置，即可确定低压配电网的户变关系，实现准确辨识低压配电网拓扑结构的功能，具有成本低、实时性高的特点；
(2)提出了一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法，实现了UPQC装置功能的多样化，利用已安装于配电网变压器的UPQC装置实现动态辨识电能传播途径，推广了UPQC装置的应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种含UPQC装置的三相四线制配电网主电路结构拓扑图；
图3是本发明实施例提供的一种运用广播电磁标记法，利用在线扫描仪FFT分析模块的终端用户负载侧的电流谐波幅值变化曲线；
图4是本发明实施例提供的一种运用广播电磁标记法，利用在线扫描仪FFT分析模块的终端用户负载侧的电压谐波幅值变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner，UPQC)是针对配电网中电压波动、无功功率因数低下、谐波含量和三相不平衡等问题的统一电能质量控制装置，UPQC安装在目标配电变压器处。
如图1所示是本发明实施例提供的一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法的流程示意图，包括以下步骤：
S1：模型搭建步骤：建立包含三相UPQC装置的三相四线制配电网主电路结构仿真模型；
在本发明实施例中，可以通过在PSCAD软件环境下搭建如图2所示的仿真模型，即建立包含三相UPQC装置的三相四线制配电网主电路结构仿真模型，UPQC装置由两个电压型换流装置通过直流储能单元背靠背连接，左侧换流装置串联接于电网侧，用于维护连接处的电压，补偿电压跌落闪变与不对称，相当于执行DVR与串联APF的功能；右侧换流装置并联接于负载侧，主要用于补偿非线性负载引起的谐波电流与基波无功电流，相当于执行并联APF与STATCOM的功能。串联侧换流装置与并联侧均采用正弦脉宽调制技术，即调制信号采用三相对称、频率为50Hz的参考正弦电压。
S2：仿真实验步骤：运行步骤S1中所搭建的仿真模型，获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；
在本发明实施例中，可以利用在线频率扫描仪FFT分析模块获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况。
具体地，通过运行步骤S1中在PSCAD所搭建的仿真模型，利用在线频率扫描仪FFT分析模块，对终端用户负载侧的电流与电压进行在线快速傅里叶转化，获取终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况(即自变量应该是时间，因变量是电流与电压的谐波幅值)，观察系统运行状态达到稳态时的各次谐波幅值变化情况。
S3：在步骤S2仿真实验的基础上，运用广播电磁标记法，通过控制与改变并联侧换流装置的注入电流，并再次分析终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；
在本发明实施例中，在控制与改变并联侧换流装置的注入电流后，可以利用在线扫描仪FFT分析模块再次分析终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况，分别如图3和图4所示。
在本发明实施例中，可以通过控制UPQC装置中的电力电子装置的通断，改变并联侧换流装置的注入电流，使并联侧换流装置的输出电流，即并联侧换流装置注入配电网的电流波形发生有规律的微小畸变。
在本发明实施例中，广播电磁标记法的具体操作方法如下：
UPQC装置中的电力电子装置采用正弦脉宽调制技术，在原本采用三相对称、频率为50Hz的参考正弦电压作为调制信号的基础上，运用广播电磁标记法-例如将原调制信号与三相对称、周期为0.1s、脉宽0.001s的方波叠加作为新的调制信号。即对于每相调制信号而言，在原调制信号的基础上每五个周期发生一次波形畸变，波形畸变时长为0.001s，此时调制信号的周期由0.02s变为0.1s。在此发生波形畸变的0.001s的时间段内，相比运用广播电磁标记法前，电力电子装置的通断情况也发生了变化，从而使并联侧换流装置的注入电流也随之发生有规律的畸变。
S4：对比分析运用广播电磁标记法前后终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况，根据终端用户负载侧的电流、电压波形与并联侧换流装置的注入电流的对比关联，确定终端用户与配电变压器所属台区的对应关系，以确定低压侧配电网的拓扑结构。
在本发明实施例中，确定低压侧配电网的拓扑结构的具体操作方法如下：
S4.1：对于安装在配电变压器的UPQC装置的并联侧换流装置，改变注入电流后，检测终端用户负载侧的电流与电压波形，得到终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况，若此时终端用户负载侧电流和/或电压谐波分量在运用广播电磁标记法的时刻发生突变，且此后谐波分量随时间呈现与步骤S3中新调制信号周期一致(如步骤S3中举例的0.1s)的变化规律，则判断该终端用户与配电变压器所属台区具有对应关系；
其中，可以利用在线扫描仪FFT分析模块进行分析得到终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况。
S4.2：若运用广播电磁标记法后，终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况未发生突变，则判断该终端用户不是由此配电变压器供电。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
尽管本发明较多地使用了UPQC装置、拓扑结构辨识、广播电磁标记、在线扫描仪FFT分析等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于UPQC装置的配电网拓扑结构辨识方法，其特征在于，包括：
S1：建立包含三相UPQC装置的三相四线制配电网主电路结构仿真模型；
S2：运行所述仿真模型，获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；
S3：运用广播电磁标记法，通过控制与改变三相UPQC装置并联侧换流装置的注入电流，并再次分析终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况；
S4：对比分析运用广播电磁标记法前后终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况，根据终端用户负载侧的电流和电压波形与并联侧换流装置的注入电流的对比关联，确定终端用户与配电变压器所属台区的对应关系，以确定低压侧配电网的拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的配电网拓扑结构辨识方法，其特征在于，步骤S1包括：
UPQC装置由两个电压型换流装置通过直流储能单元背靠背连接，采用左串右并型拓扑结构，串联侧换流装置接于电网侧，用于维护连接处的电压、补偿电压跌落闪变与不对称；并联侧换流装置接于负载侧，用于补偿非线性负载引起的谐波电流与基波无功电流，串联侧换流装置与并联侧换流装置之间的直流储能单元承担维持直流电压恒定的功能。
3.根据权利要求1或2所述的配电网拓扑结构辨识方法，其特征在于，步骤S2包括：
通过运行所述仿真模型，对终端用户负载侧的电流与电压波形进行在线快速傅里叶转化，获取终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况。
4.根据权利要求3所述的配电网拓扑结构辨识方法，其特征在于，步骤S3包括：
运用广播电磁标记法，通过控制UPQC装置中的电力电子装置的通断，改变并联侧换流装置的注入电流，使并联侧换流装置的注入电流波形发生有规律的微小畸变，并再次分析终端用户负载侧的电流与电压波形作为时间函数的谐波幅值变化情况。
5.根据权利要求4所述的配电网拓扑结构辨识方法，其特征在于，步骤S3包括：
将原调制信号与另一周期性信号叠加作为新的调制信号，以使原调制信号发生波形畸变，在原调制信号发生波形畸变的时间段内，电力电子装置的通断情况也发生变化，从而使并联侧换流装置的注入电流发生有规律的畸变，其中，原调制信号为UPQC装置中的电力电子装置采用的三相对称、频率为50Hz的参考正弦电压。
6.根据权利要求5所述的配电网拓扑结构辨识方法，其特征在于，步骤S4包括：
S4.1：对于安装在配电变压器的UPQC装置的并联侧换流装置，改变注入电流后，检测终端用户负载侧的电流与电压波形，得到终端用户负载侧的电流与电压作为时间函数的谐波幅值变化情况，若此时终端用户负载侧电压和/或电流谐波分量在运用广播电磁标记法的时刻发生突变，且此后谐波分量随时间呈现与新调制信号周期一致的变化规律，则判断该终端用户与配电变压器所属台区具有对应关系；
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Granted publication date: 20220610 |