CN114167133B - 一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法和装置，该方法包括：获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、第n次支路谐波电流以及第一节点阻抗矩阵；根据初始角度和m个节点的电压形成m个节点的电压极坐标向量；根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流；根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。本发明实施例实现了新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估，降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性。

Description

一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及输电技术领域，尤其涉及一种输电网内新建站点的谐波电压评估装置。
背景技术
随着大容量高压直流输电线路、新能源发电系统、柔性交流输电设备及规模化储能技术等在电网中的推广与应用，现代电力系统呈现出显著的电力电子化趋势，但是，日趋紧密的电网结构也使得电力系统的谐波电压水平与日俱增。
由于常规和柔性直流换流站，以及滤波器等设备的谐波耐受水平普遍偏低，因而，在当前电网规划500kV及以上电压等级的新建站点过程中，新建站点的谐波电压水平常作为站内滤波器设计、设备谐波耐受水平指标的关键输入数据。目前，现有新建站点的谐波电压水平评估方法大多是通过实测新建站点附近其他已建站点的谐波电压水平，进而直接将该实测谐波电压水平作为新建站点的谐波电压水平。
然而，上述现有新建站点的谐波电压水平评估方法仅适用于电网联系不够紧密，谐波电压水平不高的新建站点工况。正相反，现阶段的新建站点往往伴随着线路及主变工程的新建，因此，站点近区结构会产生较大变化，通过现有谐波电压水平评估方法在设计阶段对附近站点进行实测的难度较高，评估方法的可操作性相对有限。
发明内容
本发明实施例提供一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法和装置，以降低新建站点谐波电压水平评估的实施难度，有利于提高新建站点谐波电压水平评估的可操作性。
第一方面，本发明实施例提供了一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法，包括：
获取输电网内m个节点的参数，其中，所述参数包括m个所述节点的第n次谐波电压、m个所述节点之间的第n次支路谐波电流以及m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；
根据初始角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的电压极坐标向量；
根据所述电压极坐标向量、所述第一节点阻抗矩阵和所述第n次支路谐波电流确定m个所述节点的第n次谐波注入电流；
根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压；其中，m为大于或等于1，且小于或等于所述输电网内站点个数的整数，n为大于1的整数。
可选地，根据所述电压极坐标向量、所述第一节点阻抗矩阵和所述第n次支路谐波电流确定m个所述节点的第n次谐波注入电流，包括：
根据所述电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的初始第n次支路谐波电流；
根据所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值调整所述初始角度至最终角度；其中，在所述最终角度下，所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值小于阈值；
根据所述最终角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的最终电压极坐标向量；
根据所述最终电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的第n次谐波注入电流。
可选地，根据所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值调整所述初始角度至最终角度，包括：
计算m个所述节点之间每条支路的第n次支路谐波电流和每条所述支路对应的初始第n次支路谐波电流的差值，并作为电流差值；
根据每条所述支路的电流差值调节所述电压极坐标向量内所述支路上节点对应的初始角度，直至m个所述节点对应的m个初始角度调整至最终角度。
可选地，根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压，包括：
根据所述新建站点投产后的输电网结构确定所述输电网的新导纳矩阵；
在所述新导纳矩阵内抽取所述新建站点和m个所述节点对应的元素形成部分新导纳矩阵，并将所述部分新导纳矩阵的逆矩阵作为所述第二节点阻抗矩阵；
扩展所述第n次谐波注入电流至m+1阶，并根据扩展后的第n次谐波注入电流和所述第二节点阻抗矩阵确定m+1阶的第n次谐波电压向量；其中，m+1阶的第n次谐波电压向量中所述新建站点对应的元素为所述新建站点的第n次谐波电压。
可选地，获取输电网内m个节点的参数，包括：
多次获取所述输电网内m个所述节点的参数，其中，相邻次获取m个所述节点的参数的时间间隔为预设时间间隔。
可选地，根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压，包括：
根据每次获取的m个所述节点的参数形成的所述第n次谐波注入电流和所述第二节点阻抗矩阵多次评估所述新建站点的第n次谐波电压；
根据绝对值对多次获取的所述第n次谐波电压进行排序，并按照绝对值由大到小的顺序去除预设比例的第n次谐波电压；
确定去除预设比例后的第n次谐波电压中的最大谐波电压，作为所述新建站点的第n次谐波电压。
可选地，获取m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵，包括：
根据所述新建站点投产前的输电网结构确定所述输电网的旧导纳矩阵；
在所述旧导纳矩阵内抽取m个所述节点对应的元素形成部分旧导纳矩阵，并将所述部分旧导纳矩阵的逆矩阵作为所述第一节点阻抗矩阵。
可选地，在根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压之后，还包括：
更新所述输电网内m个所述节点的参数，其中，更新后的参数相对于更新前的参数n值不同；
根据更新后的m个所述节点的参数再次评估所述新建站点的第n次谐波电压。
第二方面，本发明实施例还提供了一种输电网内新建站点的谐波电压评估装置，包括：
获取模块，用于获取输电网内m个节点的参数，其中，所述参数包括m个所述节点的第n次谐波电压、m个所述节点之间的第n次支路谐波电流以及m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；
形成模块，用于根据初始角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的电压极坐标向量；
确定模块，用于根据所述电压极坐标向量、所述第一节点阻抗矩阵和所述第n次支路谐波电流确定m个所述节点的第n次谐波注入电流；
评估模块，用于根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压；其中，m为大于或等于1，且小于或等于所述输电网内站点个数的整数，n为大于1的整数。
可选地，所述确定模块包括：
支路谐波电流确定单元，用于根据所述电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的初始第n次支路谐波电流；
角度调整单元，用于根据所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值调整所述初始角度至最终角度；
电压极坐标向量形成单元，用于根据所述最终角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的最终电压极坐标向量；
谐波注入电流确定单元，用于根据所述最终电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的第n次谐波注入电流。
本发明实施例提供一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法和装置，谐波电压评估方法包括：获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量；根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流；根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。由此可见，该方法巧妙地根据输电网内m个节点的第n次谐波电流、电压及阻抗矩阵等参数，实现了对新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估。另外，本发明实施例通过m个节点的电能注入模拟整个电网的电能注入工况，对电网进行了等值化简，降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种多节点初始角度的调整方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种第一节点阻抗矩阵的确定方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的又一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图；
图7是本发明实施例提供的又一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的一种输电网内新建站点的谐波电压评估装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图，本实施例可适用于输电网内任意类型的新建站点的谐波电压评估场景，例如换流站、牵引站或变电站等，该方法可以但不限于由本发明实施例中的输电网内新建站点的谐波电压评估装置作为执行主体来执行，该执行主体可以采用软件和/或硬件的方式实现。如图1所示，该谐波电压评估方法具体包括如下步骤：
S110、获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵。
其中，m为大于或等于1，且小于或等于所述输电网内站点个数的整数，n为大于1的整数。示例性地，m的取值可以但不限于是[5，10]中的任一整数值，n的取值可以但不限于是5、7、11或13等。
可知地，m个节点可以是输电网内非新建的已有站点，m个节点的具体位置可以但不限于选取在新建站点的附近。可以理解的是，节点的数量m越多，新建站点的谐波电压评估计算量越大，但评估结果越准确。此外，节点离新建站点越近，评估结果越准确。
可知地，第一节点阻抗矩阵的行数和列数与节点的具体个数相关，也即第一节点阻抗矩阵的行数和列数均为m。可以理解的是，第一节点阻抗矩阵可以但不限于由发电机、负荷等设备，以及线路、变压器、电容器、电抗器等网络元件的谐波阻抗构成。基于此，用于计算上述各设备及网络元件谐波阻抗的模型可以有多种，示例性地，发电机、负荷、变压器和线路的谐波阻抗模型可以具体如下：
其中，发电机的谐波阻抗模型可以为：
Figure BDA0003400961180000081
式中，nf为谐波次数；f0为基频频率；Ra(nf)为nf次谐波下发电机电阻；Ra(f0)为基频下发电机电阻；Xd”(nf)为nf次谐波下发电机次暂态电抗；Xd”(f0)为基频下发电机次暂态电抗。
负荷的谐波阻抗模型可以为：
Figure BDA0003400961180000091
式中，nf为谐波次数；g(nf)为nf次谐波下负荷电导；b(nf)为nf次谐波下负荷电纳；P0为有功负荷；Q0为无功负荷；U为节点电压。
变压器的谐波阻抗模型可以为：
Figure BDA0003400961180000092
式中，nf为谐波次数；RT(nf)为nf次谐波下变压器的电阻；RT(f0)为基频下变压器电阻；XT(nf)为nf次谐波下变压器的电抗；XT(f0)为基频下变压器电抗。
线路的谐波阻抗模型可以是集中参数模型，具体可以如下：
Figure BDA0003400961180000093
式中，nf为谐波次数；RL(nf)为nf次谐波下线路的电阻；RL(f0)为基频下线路电阻；XL(nf)为nf次谐波下线路的电抗；XL(f0)为基频下线路电抗。
可以理解的是，线路谐波阻抗模型还可以但不限于是分布参数模型、杆塔模型等，线路谐波阻抗模型的类别可以根据新建站点的谐波电压评估实际工况进行适应性选取，本发明实施例对此不进行限制。
S120、根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量。
其中，m个节点的第n次谐波电压可以但不限于是基于诸如谐波检测仪等检测设备生成的测试结果，并通过傅里叶变换获得的谐波电压值；示例性地，该电压的具体数值可以是m个节点的第n次谐波电压的有效值。另外，初始角度可以是随机生成的角度值，示例性地，初始角度的取值范围可以是[1，180]。
S130、根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流。
其中，第n次支路谐波电流可以但不限于是基于谐波检测仪等检测设备生成的测试结果，并通过傅里叶变换获得的谐波电流值；示例性地，该电流的具体数值可以是m个节点内包含的各条支路的第n次谐波电流的有效值。
可知地，m个节点的第n次谐波注入电流是指，在第n次谐波的作用下，流入输电网内m个节点中任一节点的谐波总电流。
S140、根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。
其中，第二节点阻抗矩阵是指在第一节点矩阵的基础上，代入新建站点的第n次谐波阻抗后形成的新的节点阻抗矩阵。可以理解的是，第二节点阻抗矩阵的行数和列数与节点的具体个数相关，第二节点阻抗矩阵的行数和列数均为m+1。
本发明实施例通过获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量；根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流；根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。
由此可见，本实施例巧妙地根据输电网内已建的m个节点的第n次谐波电流、电压及阻抗矩阵等参数，实现了对新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估。另外，本实施例还通过新建站点临近区域的节点电流注入模拟整个电网的电流注入工况，对电网进行了等值化简，降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例对m个节点的第n次谐波注入电流的确定方法进行了说明，但不作为对本发明的限定。具体而言，由于现有的谐波检测仪等检测设备受限于当前技术条件，其测得的谐波电压或电流的相对角度精度不高，进而导致节点的第n次谐波注入电流精度偏低，下面进行具体说明。
图2是本发明实施例提供的另一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的输电网内新建站点的谐波电压评估方法具体包括如下步骤：
S210、获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵。
S220、根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量。
S230、根据电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的初始第n次支路谐波电流。
其中，初始第n次支路谐波电流的确定原理可以是欧姆定律，即初始第n次支路谐波电流是电压极坐标向量与第一节点阻抗矩阵的商值。可以理解的是，初始第n次支路谐波电流、第一节点阻抗矩阵和电压极坐标向量相互对应，示例性地，在确定节点i至节点j的初始第n次支路谐波电流时，电压极坐标向量是指节点i与节点j的电压极坐标向量的差值，第一节点阻抗矩阵是指节点i至节点j支路的谐波阻抗。
S240、根据第n次支路谐波电流和初始第n次支路谐波电流的差值调整初始角度至最终角度。
其中，在最终角度下，第n次支路谐波电流和初始第n次支路谐波电流的差值小于阈值。可以理解的是，阈值可以根据新建站点的谐波电压评估的实际需求进行适应性改变，示例性地，阈值可以为0、10％、30％或50％等。
可知地，初始角度对应于初始第n次支路谐波电流，最终角度对应于第n次支路谐波电流。由于初始角度为随机生成的角度值，因而该初始角度可能并不完全契合于m个节点的实际工况，相应地，与初始角度相关的电压极坐标向量、初始第n次支路谐波电流也可能难以契合节点的实际工况。但是，现有的谐波检测仪等检测设备能够对谐波电压或电流的有效值，也即第n次支路谐波电流进行精准测量。由此可知，当第n次支路谐波电流和初始第n次支路谐波电流的差值为0时，初始第n次支路谐波电流等于第n次支路谐波电流，即初始第n次支路谐波电流可以表征节点的实际工况，因此，可以确定与之对应的初始角度也能够契合节点的实际工况。
可以理解的是，为将m个节点所对应的初始角度均调整至最终角度，可选地，图3是本发明实施例提供的一种多节点初始角度的调整方法的流程图。如图3所示，该初始角度调整方法具体包括如下步骤：
S310、计算m个节点之间每条支路的第n次支路谐波电流和每条支路对应的初始第n次支路谐波电流的差值，并作为电流差值。
S320、根据每条支路的电流差值调节电压极坐标向量内支路上节点对应的初始角度，直至m个节点对应的m个初始角度调整至最终角度。
基于此，本实施例通过改变单条或多条支路的第n次支路谐波电流和初始第n次支路谐波电流的差值，能够将单个或多个节点对应的初始角度调整至最终角度，进而使得电压极坐标向量更贴近于节点的实际工况，有利于降低输电网内新建站点的谐波电压评估误差，提高输电网内新建站点的谐波电压评估精度。
S250、根据最终角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的最终电压极坐标向量。
S260、根据最终电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的第n次谐波注入电流。
其中，与初始第n次支路谐波电流的确定原理相同，m个节点的第n次谐波注入电流的确认原理也可以是欧姆定律，即m个节点的第n次谐波注入电流是最终电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵的商值。基于此，可以理解的是，由于第一节点阻抗矩阵为一m行m列的矩阵，最终电压极坐标向量为一m行1列的矩阵，因而m个节点的第n次谐波注入电流为一m行1列的矩阵。
S270、根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。
综上所述，在获取输电网内m个节点的参数的基础上，本发明实施例巧妙地利用由初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成的电压极坐标向量，除以第一节点阻抗矩阵确定了m个节点的初始第n次支路谐波电流，通过改变单条或多条支路的第n次支路谐波电流和初始第n次支路谐波电流的差值，将单个或多个节点对应的初始角度调整至最终角度，进而使得最终电压极坐标向量、单个或多个节点的第n次谐波注入电流以及新建站点的第n次谐波电压更贴近于实际工况。由此可见，本发明实施例有利于减小输电网内新建站点的谐波电压评估误差，有效提高了输电网内新建站点的谐波电压评估精度。
在上述各实施例的基础上，以下对新建站点的第n次谐波电压的具体评估方法进行说明，但不作为对本发明的限定。图4是本发明实施例提供的又一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图。如图4所示，本实施例提供的输电网内新建站点的谐波电压评估方法具体包括如下步骤：
S401、获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵。
其中，示例性地，图5是本发明实施例提供的一种第一节点阻抗矩阵的确定方法的流程图。如图5所示，第一节点阻抗矩阵的确定方法具体包括如下步骤：
S510、根据新建站点投产前的输电网结构确定输电网的旧导纳矩阵。
其中，由于新建站点投产前的输电网结构不包含新建站点，因而旧导纳矩阵仅包含已建站点的全部系统导纳。
S520、在旧导纳矩阵内抽取m个节点对应的元素形成部分旧导纳矩阵，并将部分旧导纳矩阵的逆矩阵作为第一节点阻抗矩阵。
其中，由于部分旧导纳矩阵是在旧导纳矩阵内抽取m个节点对应的元素形成的，因而部分旧导纳矩阵的行数和列数均为m。
可以理解的是，在一些实施例中，第一节点阻抗矩阵的具体确定方法还可以是：对旧导纳矩阵求逆，以获得旧阻抗矩阵；在旧阻抗矩阵内抽取m个节点对应的元素，进而形成第一节点阻抗矩阵。
S402、根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量。
S403、根据电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的初始第n次支路谐波电流。
S404、计算m个节点之间每条支路的第n次支路谐波电流和每条支路对应的初始第n次支路谐波电流的差值，并作为电流差值。
S405、根据每条支路的电流差值调节电压极坐标向量内支路上节点对应的初始角度，直至m个节点对应的m个初始角度调整至最终角度。
S406、根据最终角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的最终电压极坐标向量。
S407、根据最终电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的第n次谐波注入电流。
S408、根据新建站点投产后的输电网结构确定输电网的新导纳矩阵。
其中，由于新建站点投产后的输电网结构包含新建站点，因而新导纳矩阵包含已建站点和新建站点的全部系统导纳。
S409、在新导纳矩阵内抽取新建站点和m个节点对应的元素形成部分新导纳矩阵，并将部分新导纳矩阵的逆矩阵作为第二节点阻抗矩阵。
其中，由于部分新导纳矩阵是在新导纳矩阵内抽取新建站点和m个节点对应的元素形成的，因而部分新导纳矩阵的行数和列数均为m+1。
可以理解的是，在一些实施例中，第二节点阻抗矩阵的具体确定方法还可以是：对新导纳矩阵求逆，以获得新阻抗矩阵；在新阻抗矩阵内抽取新建站点和m个节点对应的元素，进而形成第二节点阻抗矩阵。
S410、扩展第n次谐波注入电流至m+1阶，并根据扩展后的第n次谐波注入电流和第二节点阻抗矩阵确定m+1阶的第n次谐波电压向量。
其中，m+1阶的第n次谐波电压向量中新建站点对应的元素为新建站点的第n次谐波电压。
可知地，第n次谐波注入电流至m+1阶的具体扩展方式可以为，根据新建站点和m个节点的对应关系，在表征m个节点的第n次谐波注入电流的矩阵中适应性插入0.0，进而可以确定包含新建站点的扩展后的第n次谐波注入电流。
可以理解的是，m+1阶的第n次谐波电压向量的确定原理可以是欧姆定律，即m+1阶的第n次谐波电压向量是扩展后的第n次谐波注入电流和第二节点阻抗矩阵的乘积。另外，由于扩展后的第n次谐波注入电流为一m+1行1列的矩阵，第二节点阻抗矩阵为一m+1行m+1列的矩阵，因而m+1阶的第n次谐波电压向量为一m+1行1列的矩阵。
示例性地，假设新建站点对应于扩展后的第n次谐波注入电流的第m+1行，则位于m+1阶的第n次谐波电压向量的第m+1行的元素即为新建站点的第n次谐波电压的评估值。
综上所述，本发明实施例不仅能够实现对新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估，有利于提高新建站点谐波电压水平评估的精度，还能降低新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强新建站点谐波电压评估方法的可操作性。
在上述各实施例的基础上，图6是本发明实施例提供的又一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图。如图6所示，本实施例提供的输电网内新建站点的谐波电压评估方法具体包括如下步骤：
S601、多次获取输电网内m个节点的参数，其中，相邻次获取m个节点的参数的时间间隔为预设时间间隔。
其中，可知地，预设时间间隔可以是任意时长，示例性地，预设时间间隔可以是10s、30s、1min、10min、1h或2h等。可以理解的是，假设多次获取输电网内m个节点的参数的总时长为1天，则预设时间间隔越短，获取输电网内m个节点的参数的次数越多，新建站点的谐波电压评估计算量越大，但评估结果越准确。
S602、根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量。
S603、根据电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的初始第n次支路谐波电流。
S604、计算m个节点之间每条支路的第n次支路谐波电流和每条支路对应的初始第n次支路谐波电流的差值，并作为电流差值。
S605、根据每条支路的电流差值调节电压极坐标向量内支路上节点对应的初始角度，直至m个节点对应的m个初始角度调整至最终角度。
S606、根据最终角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的最终电压极坐标向量。
S607、根据最终电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的第n次谐波注入电流。
S608、根据每次获取的m个节点的参数形成的第n次谐波注入电流和第二节点阻抗矩阵多次评估新建站点的第n次谐波电压。
其中，由于不同时刻下接入输电网的负荷处于实时动态，因而各时刻输电网内的各个节点参数存有差异，由上述节点参数决定的第n次谐波注入电流和第二节点阻抗矩阵不尽相同。基于此，不同时刻下新建站点的第n次谐波电压水平需要进行多次评估。
S609、根据绝对值对多次获取的第n次谐波电压进行排序，并按照绝对值由大到小的顺序去除预设比例的第n次谐波电压。
其中，预设比例可以是任意比例，示例性地，预设比例可以是1％、3％、8％、10％或20％等。可以理解的是，按照电能质量传统的测量方案，需要排除5％的测量值。因此，本发明实施例的预设比例可以优选设定为5％，以尽可能规避因偶发巧合而导致第n次谐波电压数值失准的问题，有利于提高新建站点谐波电压水平评估的精度。
S610、确定去除预设比例后的第n次谐波电压中的最大谐波电压，作为新建站点的第n次谐波电压。
其中，上述新建站点的第n次谐波电压是指新建站点的第n次谐波电压的最大可能值。可以理解的是，该值可以作为新建站点滤波器设计、设备谐波耐受水平的限值，便于对滤波器等电网设备的生产厂家提出使用需求。
综上，本发明实施例实现了新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估，提高了新建站点谐波电压水平评估的精度，并降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性。
此外，本发明实施例还根据多次获取的输电网内m个节点的参数对新建站点的第n次谐波电压进行了多次评估，通过去除预设比例的数值过大的第n次谐波电压，规避了因偶发巧合而导致第n次谐波电压数值失准的问题，有利于提高新建站点谐波电压水平评估的精度，并最终获知了新建站点的第n次谐波电压的最大可能值。同时，电网可以将该最大可能值作为新建站点滤波器设计、设备谐波耐受水平的限值，以对滤波器等电网设备的生产厂家提出使用需求。
在上述各实施例的基础上，示例性地，输电网内新建站点的谐波电压评估方法具体通过如下步骤得以实现：
步骤(1)：根据新建站点投产前、投产后的电网结构及线路、变压器、发电机和负载等基础数据，分别形成特定谐波次数下的系统导纳矩阵Yn,old及Yn,new。其中，系统导纳矩阵Yn,old的展开形式可以如式(1)所示：
Figure BDA0003400961180000191
可以理解的是，由于系统导纳矩阵Yn,new包含新建站点投产后的电网结构，因而与系统导纳矩阵Yn,old相比，系统导纳矩阵Yn,new适应性增加了对应于新建站点投产后的电网结构的导纳矩阵元素。示例性地，相较于系统导纳矩阵Yn,old，系统导纳矩阵Yn,new适应性增加了l行l列。
步骤(2)：对上述导纳矩阵进行求逆，获得对应的阻抗矩阵。以Yn,old为例，假设导纳矩阵Yn,old对应的阻抗矩阵为Zn,old，则阻抗矩阵Zn,old的计算公式如式(2)所示：
Figure BDA0003400961180000192
步骤(3)：在新建站点附近选取m个已建站点，并在Zn,old中抽取对应的m行m列，以形成仅含这m个站点的等值网络Zm,old；在Zn,new中抽取对应的m+1行m+1列，即多抽取了对应于新建站点的阻抗元素，形成包含新建站点和前述m个站点的等值网络Zm+1,new。
步骤(4)：使用谐波检测仪等装置，对步骤(3)中选取的m个节点的谐波电压进行测试，并采用傅里叶变换获得所考察的特定次数下的谐波电压幅值，每隔10s秒获取一次，测量一天。同时，对母线i到母线j支路的谐波电流
Figure BDA0003400961180000201
进行测试，并采用傅里叶变换获得所考察的特定次数下的谐波电流幅值。
步骤(5)：根据步骤(4)的测试结果，每隔10s形成一个如式(3)所示的m维的电压向量。可以理解的是，受限于当前的技术条件，谐波电压或电流的相对角度难以进行准确测量。
Figure BDA0003400961180000202
式中，Uk∠αk为相量
Figure BDA0003400961180000203
的极坐标形式，即幅值为Uk，角度为αk；U1～Um为步骤(4)中m个节点测量的谐波电压幅值，∠α1～∠αm为随机生成的1°～180°的角度。
步骤(6)：根据步骤(4)中测量的支路谐波电流幅值，假设该谐波电流的流通路径为从节点i到节点j，支路的谐波阻抗为Zij，则在
Figure BDA0003400961180000204
条件下的支路电流：/>
Figure BDA0003400961180000205
若/>
Figure BDA0003400961180000206
的幅值与步骤(4)同一时刻的实际测量值相差过大，则重返步骤(5)，直至随机设定的αk使得计算的支路电流/>
Figure BDA0003400961180000207
与实测值基本一致。适应性地，若测量多条支路的电流，则应使多条支路所对应的支路电流同时与实测值基本保持一致。
步骤(7)：根据式(4)计算新建站点近区各站点的谐波注入电流
Figure BDA0003400961180000211
Figure BDA0003400961180000212
对
Figure BDA0003400961180000213
扩充为/>
Figure BDA0003400961180000214
具体为：Zm+1,new对于Zm,old多出的一行为第s行，则在/>
Figure BDA0003400961180000215
的第s行插入0.0扩充为/>
Figure BDA0003400961180000216
计算
Figure BDA0003400961180000217
则/>
Figure BDA0003400961180000218
的第s个元素，即为新建站点在某个时刻下的谐波电压评估值。
步骤(8)：按照步骤(5)～步骤(7)，计算1天各时刻下的新建站点谐波电压评估值，并将各个时刻的计算值按照绝对值进行排序后，丢弃最大的5％的数值，取剩余数值中的最大值，以作为新建站点的谐波电压最大可能值。该最大可能值为可以作为新建站点的滤波器设计、设备谐波耐受水平的输入值，进而便于电网对厂家的设备提出要求。
步骤(9)：按照步骤(1)～步骤(8)，在不同次数的谐波作用下，分别计算新建站点的谐波电压最大可能值。
基于此，本发明实施例实现了新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估，提高了新建站点谐波电压水平评估的精度，并降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性。
在上述各实施例的基础上，以下对新建站点的不同次谐波电压的评估方法进行说明，但不作为对本发明的限定。图7是本发明实施例提供的又一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法的流程图。如图7所示，本实施例提供的输电网内新建站点的谐波电压评估方法具体包括如下步骤：
S710、获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵。
S720、根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量。
S730、根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流。
S740、根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。
S750、更新输电网内m个节点的参数，其中，更新后的参数相对于更新前的参数n值不同。
其中，可知地，假设更新前获取的输电网内m个节点的参数是第5次谐波作用下的节点参数，则更新后的参数可以但不限于是第7、11或13次谐波作用下的节点参数。基于此，以更新后的参数是第7次谐波作用下的节点参数为例，则更新后的参数包括m个节点的第7次谐波电压、m个节点之间的第7次支路谐波电流以及m个节点的第7次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵。
S760、根据更新后的m个节点的参数再次评估新建站点的第n次谐波电压。
其中，根据更新后的参数所对应的谐波次数，新建站点的第n次谐波电压可以是新建站点的第7次谐波电压、新建站点的第11次谐波电压或新建站点的第13次谐波电压等。
基于此，以更新后的参数是第7次谐波作用下的节点参数为例，则新建站点的第7次谐波电压的具体评估过程如下：
根据初始角度和m个节点的第7次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量；根据电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的初始第7次支路谐波电流；根据第7次支路谐波电流和初始第7次支路谐波电流的差值调整初始角度至最终角度；根据最终角度和m个节点的第7次谐波电压形成m个节点的最终电压极坐标向量；根据最终电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的第7次谐波注入电流；根据节点的第7次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第7次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第7次谐波电压。
由此可见，本发明实施例不仅实现了新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估，提高了新建站点谐波电压水平评估的精度，降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性，还能够对新建站点的不同次数谐波电压进行评估。
图8是本发明实施例提供的一种输电网内新建站点的谐波电压评估装置的结构示意图，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现。如图8所示，本实施例提供的输电网内新建站点的谐波电压评估装置包括获取模块810、形成模块820、确定模块830和评估模块840。
获取模块810用于获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵。形成模块820用于根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量。确定模块830用于根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流。评估模块840用于根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压；其中，m为大于或等于1，且小于或等于输电网内站点个数的整数，n为大于1的整数。
可选地，确定模块830包括支路谐波电流确定单元、角度调整单元、电压极坐标向量形成单元和谐波注入电流确定单元。
支路谐波电流确定单元用于根据电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的初始第n次支路谐波电流。角度调整单元用于根据第n次支路谐波电流和初始第n次支路谐波电流的差值调整初始角度至最终角度。电压极坐标向量形成单元用于根据最终角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的最终电压极坐标向量。谐波注入电流确定单元用于根据最终电压极坐标向量和第一节点阻抗矩阵确定m个节点的第n次谐波注入电流。
可选地，角度调整单元具体还用于计算m个节点之间每条支路的第n次支路谐波电流和每条支路对应的初始第n次支路谐波电流的差值，并作为电流差值；根据每条支路的电流差值调节电压极坐标向量内支路上节点对应的初始角度，直至m个节点对应的m个初始角度调整至最终角度。
可选地，评估模块840具体用于根据新建站点投产后的输电网结构确定输电网的新导纳矩阵；在新导纳矩阵内抽取新建站点和m个节点对应的元素形成部分新导纳矩阵，并将部分新导纳矩阵的逆矩阵作为第二节点阻抗矩阵；扩展第n次谐波注入电流至m+1阶，并根据扩展后的第n次谐波注入电流和第二节点阻抗矩阵确定m+1阶的第n次谐波电压向量；其中，m+1阶的第n次谐波电压向量中新建站点对应的元素为新建站点的第n次谐波电压。
可选地，确定模块830具体还用于多次获取输电网内m个节点的参数，其中，相邻次获取m个节点的参数的时间间隔为预设时间间隔。
可选地，评估模块840具体还用于根据每次获取的m个节点的参数形成的第n次谐波注入电流和第二节点阻抗矩阵多次评估新建站点的第n次谐波电压；根据绝对值对多次获取的第n次谐波电压进行排序，并按照绝对值由大到小的顺序去除预设比例的第n次谐波电压；确定去除预设比例后的第n次谐波电压中的最大谐波电压，作为新建站点的第n次谐波电压。
可选地，获取模块810具体用于根据新建站点投产前的输电网结构确定输电网的旧导纳矩阵；在旧导纳矩阵内抽取m个节点对应的元素形成部分旧导纳矩阵，并将部分旧导纳矩阵的逆矩阵作为第一节点阻抗矩阵。
可选地，还包括参数更新模块。
参数更新模块用于更新输电网内m个节点的参数，其中，更新后的参数相对于更新前的参数n值不同。
形成模块820、确定模块830和评估模块840具体还用于根据更新后的m个节点的参数再次评估新建站点的第n次谐波电压。
本发明实施例提供的输电网内新建站点的谐波电压评估装置，通过获取模块获取输电网内m个节点的参数，其中，参数包括m个节点的第n次谐波电压、m个节点之间的第n次支路谐波电流以及m个节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；通过形成模块根据初始角度和m个节点的第n次谐波电压形成m个节点的电压极坐标向量；通过确定模块根据电压极坐标向量、第一节点阻抗矩阵和第n次支路谐波电流确定m个节点的第n次谐波注入电流；通过评估模块根据节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压。
由此可见，该装置巧妙地根据输电网内已建的m个节点的第n次谐波电流、电压及阻抗矩阵等参数，实现了对新建站点的第n次谐波电压水平的定量评估，有利于提高新建站点谐波电压水平评估的精度。除此以外，该装置还通过新建站点临近区域的节点电流注入模拟整个电网的电流注入工况，对电网进行了等值化简，降低了新建站点谐波电压水平评估的实施难度，增强了新建站点谐波电压评估方法的可操作性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种输电网内新建站点的谐波电压评估方法，其特征在于，包括：
获取输电网内m个节点的参数，其中，所述参数包括m个所述节点的第n次谐波电压、m个所述节点之间的第n次支路谐波电流以及m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；
根据初始角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的电压极坐标向量；所述初始角度为随机生成的角度值；
根据所述电压极坐标向量、所述第一节点阻抗矩阵和所述第n次支路谐波电流确定m个所述节点的第n次谐波注入电流；
根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压；其中，m为大于或等于1，且小于或等于所述输电网内站点个数的整数，n为大于1的整数；
根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压，包括：
根据所述新建站点投产后的输电网结构确定所述输电网的新导纳矩阵；
在所述新导纳矩阵内抽取所述新建站点和m个所述节点对应的元素形成部分新导纳矩阵，并将所述部分新导纳矩阵的逆矩阵作为所述第二节点阻抗矩阵；
扩展所述第n次谐波注入电流至m+1阶，并根据扩展后的第n次谐波注入电流和所述第二节点阻抗矩阵确定m+1阶的第n次谐波电压向量；其中，m+1阶的第n次谐波电压向量中所述新建站点对应的元素为所述新建站点的第n次谐波电压；
获取m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵，包括：
根据所述新建站点投产前的输电网结构确定所述输电网的旧导纳矩阵；
在所述旧导纳矩阵内抽取m个所述节点对应的元素形成部分旧导纳矩阵，并将所述部分旧导纳矩阵的逆矩阵作为所述第一节点阻抗矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压极坐标向量、所述第一节点阻抗矩阵和所述第n次支路谐波电流确定m个所述节点的第n次谐波注入电流，包括：
根据所述电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的初始第n次支路谐波电流；
根据所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值调整所述初始角度至最终角度；其中，在所述最终角度下，所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值小于阈值；
根据所述最终角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的最终电压极坐标向量；
根据所述最终电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的第n次谐波注入电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值调整所述初始角度至最终角度，包括：
计算m个所述节点之间每条支路的第n次支路谐波电流和每条所述支路对应的初始第n次支路谐波电流的差值，并作为电流差值；
根据每条所述支路的电流差值调节所述电压极坐标向量内所述支路上节点对应的初始角度，直至m个所述节点对应的m个初始角度调整至最终角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取输电网内m个节点的参数，包括：
多次获取所述输电网内m个所述节点的参数，其中，相邻次获取m个所述节点的参数的时间间隔为预设时间间隔。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压，包括：
根据每次获取的m个所述节点的参数形成的所述第n次谐波注入电流和所述第二节点阻抗矩阵多次评估所述新建站点的第n次谐波电压；
根据绝对值对多次获取的所述第n次谐波电压进行排序，并按照绝对值由大到小的顺序去除预设比例的第n次谐波电压；
确定去除预设比例后的第n次谐波电压中的最大谐波电压，作为所述新建站点的第n次谐波电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压之后，还包括：
更新所述输电网内m个所述节点的参数，其中，更新后的参数相对于更新前的参数n值不同；
根据更新后的m个所述节点的参数再次评估所述新建站点的第n次谐波电压。
7.一种输电网内新建站点的谐波电压评估装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取输电网内m个节点的参数，其中，所述参数包括m个所述节点的第n次谐波电压、m个所述节点之间的第n次支路谐波电流以及m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第一节点阻抗矩阵；
形成模块，用于根据初始角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的电压极坐标向量；所述初始角度为随机生成的角度值；
确定模块，用于根据所述电压极坐标向量、所述第一节点阻抗矩阵和所述第n次支路谐波电流确定m个所述节点的第n次谐波注入电流；
评估模块，用于根据所述节点的第n次谐波注入电流以及新建站点和m个所述节点的第n次支路谐波电流下的第二节点阻抗矩阵评估新建站点的第n次谐波电压；其中，m为大于或等于1，且小于或等于所述输电网内站点个数的整数，n为大于1的整数；
所述获取模块具体用于根据所述新建站点投产前的输电网结构确定输电网的旧导纳矩阵；在所述旧导纳矩阵内抽取m个所述节点对应的元素形成部分旧导纳矩阵，并将所述部分旧导纳矩阵的逆矩阵作为所述第一节点阻抗矩阵；
所述评估模块具体用于根据所述新建站点投产后的输电网结构确定输电网的新导纳矩阵；在所述新导纳矩阵内抽取所述新建站点和m个所述节点对应的元素形成部分新导纳矩阵，并将所述部分新导纳矩阵的逆矩阵作为所述第二节点阻抗矩阵。
8.根据权利要求7所述的输电网内新建站点的谐波电压评估装置，其特征在于，所述确定模块包括：
支路谐波电流确定单元，用于根据所述电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的初始第n次支路谐波电流；
角度调整单元，用于根据所述第n次支路谐波电流和所述初始第n次支路谐波电流的差值调整所述初始角度至最终角度；
电压极坐标向量形成单元，用于根据所述最终角度和m个所述节点的第n次谐波电压形成m个所述节点的最终电压极坐标向量；
谐波注入电流确定单元，用于根据所述最终电压极坐标向量和所述第一节点阻抗矩阵确定m个所述节点的第n次谐波注入电流。
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