CN115236398A - 配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统 - Google Patents

配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及数据传输系统技术领域，具体涉及一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统，配网谐波实时状态评估及数据传输系统包括谐波监测装置和谐波分析平台；谐波监测装置包括数据获取模块、谐波电压评估模块、谐波功率评估模块、数据拟合模块和数据传输模块；所述数据获取模块用于获取监测对象的谐波数据；谐波电压评估模块用于根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限；谐波功率评估模块用于判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同；数据拟合模块用于对所述谐波数据进行多项式拟合，能够对配网谐波进行实时评估，减少谐波数据传输量。

Description

配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统
技术领域
本发明涉及数据传输系统技术领域，尤其涉及一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统。
背景技术
配网是电力系统最为复杂和多样的部分，可以认为只要有用电的地方都属于配网；为了配网的正常运行，需要对配网谐波特性进行评估，当前，为了评估配网谐波特性，主要通过配网中加装谐波监测装置获取2-25次谐波，随后传输至电网侧的谐波分析平台进行分析，这就导致分析和评估不具有实时性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统，能够对配网谐波进行实时评估。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，包括谐波监测装置和谐波分析平台；
所述谐波监测装置包括数据获取模块、谐波电压评估模块、谐波功率评估模块、数据拟合模块和数据传输模块；所述谐波电压评估模块、所述谐波功率评估模块、所述数据拟合模块分别与所述数据获取模块连接；所述数据传输模块分别与所述谐波电压评估模块、所述谐波功率评估模块、所述数据拟合模块连接；所述谐波分析平台和所述数据传输模块连接；
所述数据获取模块用于获取监测对象的谐波数据；
所述谐波电压评估模块用于根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；
所述谐波功率评估模块用于判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；
所述数据拟合模块用于对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；
所述数据传输模块用于将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台。
其中，所述数据获取模块包括电压获取单元、电流获取单元和计算单元；所述电压获取单元、所述电流获取单元和所述计算单元依次连接；
所述电压获取单元用于获取监测对象的电压数据；
所述电流获取单元用于获取监测对象的电流数据；
所述计算单元用于根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波数据。
其中，所述谐波数据包括谐波电压、谐波电流和谐波功率。
其中，所述谐波分析平台可将所述拟合数据还原成谐波数据。
第二方面，本发明还提供一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法，包括：获取监测对象的谐波数据；
根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；
判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；
对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；
将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台。
其中，所述获取监测对象的谐波数据包括：
获取监测对象的电压数据；
获取监测对象的电流数据；
根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波数据。
其中，所述对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据包括：
设某项谐波数据为第一数据集，对所述第一数据集和以多项式拟合函数拟合，当拟合函数误差小于阈值时，拟合结束，当拟合误差无法达到阈值时，则分段拟合；
从所述第一数据集中获取起始值、最大值、最小值和平均值，将其汇总。
本发明的一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法与系统，利用所述数据获取模块获取监测对象的谐波数据；利用所述谐波电压评估模块根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；利用所述谐波功率评估模块判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；利用所述数据拟合模块对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；利用所述数据传输模块将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台，能够对配网谐波进行实时评估，减少谐波数据传输量，不仅保证了配网谐波评估的时效性，同时极大降低数据传输量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的配网谐波实时状态评估及数据传输系统的结构示意图。
图2是本发明的数据获取模块的结构示意图。
图3是本发明的配网谐波实时状态评估及数据传输方法的流程图。
图4是本发明的获取监测对象的谐波数据的流程图。
图5是本发明的对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据的流程图。
1-谐波监测装置、2-谐波分析平台、11-数据获取模块、12-谐波电压评估模块、13-谐波功率评估模块、14-数据拟合模块、15-数据传输模块、111-电压获取单元、112-电流获取单元、113-计算单元。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1～图5，第一方面，本发明提供一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统：包括谐波监测装置1和谐波分析平台2；
所述谐波监测装置1包括数据获取模块11、谐波电压评估模块12、谐波功率评估模块13、数据拟合模块14和数据传输模块15；所述谐波电压评估模块12、所述谐波功率评估模块13、所述数据拟合模块14分别与所述数据获取模块11连接；所述数据传输模块15分别与所述谐波电压评估模块12、所述谐波功率评估模块13、所述数据拟合模块14连接；所述谐波分析平台2和所述数据传输模块15连接；
所述数据获取模块11用于获取监测对象的谐波数据；
所述谐波电压评估模块12用于根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；
所述谐波功率评估模块13用于判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；
所述数据拟合模块14用于对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；
所述数据传输模块15用于将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台2。
在本实施方式中，所述数据获取模块11部署于配网线路、用户端，用于获取监测对象的谐波数据，所述谐波数据包括谐波电压、谐波电流和谐波功率等。所述谐波电压评估模块12，基于谐波电压评估，由于国标中规定了各次谐波电压和谐波畸变率的限值，因此基于谐波电压的评估参照国标(GB/T 14549-93)限值进行判断，若超过限值则触发一个评估事件，例如国标中规定10kV的6次谐波电压含有率限值为1.6％，若6次谐波电压含有率为1.7％，则产生一个电压谐波超标事件。所述谐波功率评估模块13，基于谐波功率的评估，谐波功率是通过谐波电压、谐波电流、谐波相角算得，因此它能比较全面的标准谐波特性，其计算如式(1)所示，P为谐波功率、U为谐波幅值、I为谐波电流、θ为谐波电压与谐波电流相角差值。
P＝U*I*cos(θ) (1)
实现步骤为：
步骤1：已知谐波功率序列划分为i个区段，即Pi，Pi＝[P1，P2...PN]，N为序列数，求取N个谐波功率的平均值Pavg，即式(2)
Figure BDA0003749828820000041
步骤2：求取Pi与Pavg的差值得到新的序列P*i，P*i＝[P*1，P*2...P*N]，即式(3)
Pi *＝Pi-Pavg (3)
步骤3：使用指数函数拟合功率曲线Pi，即式(4)，拟合系数为
Figure BDA0003749828820000051
Figure BDA0003749828820000052
Figure BDA0003749828820000053
步骤4：同理，使用滑动窗口获得下一个区段的Pi+1的谐波功率，并根据步骤3的方法拟合获得拟合系数
Figure BDA0003749828820000054
分别计算两个拟合系数比值，比如第一个系数的比值为k，具体见式(5)，对于任意系数比值，当k≥1.01或k≤0.9时，则认为异常，产生一个谐波功率变化事件。
Figure BDA0003749828820000055
通过上述(1)和(2)能实时评估和分析配网各对象的谐波特性，评估对象可选单次谐波，也可选择总的谐波，同时可大大降低谐波分析平台2计算要求。
所述数据拟合模块14，考虑配网谐波指标较多，以传输2-25次谐波为例，可衍射出谐波电压、谐波电流、谐波功率、谐波相角等100项数据，以10分钟间隔为例，单个监测对象需要传输100*6*24＝14400条数据，若某省级电网需要部署10万台配网谐波监测装置1，单日需要传输的数据总数为144000000，因此减少数据传输量对配网谐波分析尤为重要，为此，本发明将一天每项数据进行多项式拟合后，将需传输拟合函数的系数、起始值、最大值、最小值和平均值，从而大大降低需要传输数据条数，也能保证配网谐波平台具有完整的数据，其实现过程为：
步骤1：设某项谐波数据为HMi，比如2次谐波电压，HMi＝[HMi1，HMi2...HMiL]，多项式拟合函数如式(6)，具体可使用最小二乘法获得，当然多项式拟合只是一种实施方案，也可使用其他技术进行拟合；当拟合函数误差eHMi小于某个阈值时，拟合结束；若拟合误差无法达到阈值要求，则可分段拟合。
f(HMi)＝b0+b1*HMi+b2*HMi2+...br*HMir (6)
步骤2：从HMi中获得起始值HMiint、最大值HMiend、最小值HMimin和平均值HMiavg，汇总需要传输数据为[bo，b1...br，HMiint，HMiend，HMimin，HMiavg，eHMi]，通常三次拟合就能满足，因此需要传输项压缩为9个，相较于现有的144条数据的传输量，已极大减少了数据传输量，数据传输量减少了90％。
所述数据传输模块15将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台2，所述谐波分析平台2利用拟合系数可以还原出任意时刻的谐波数据，通过原始的起始值、最大值、最小值和平均值可提供监测点对象关键信息，亦可用于验证还原的数据是否正确，拟合误差则用于谐波分析平台2还原数据时校正。
本发明的一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，能够对配网谐波进行实时评估，减少谐波数据传输量，不仅保证了配网谐波评估的时效性，同时极大降低数据传输量。
进一步的，所述数据获取模块11包括电压获取单元111、电流获取单元112和计算单元113；所述电压获取单元111、所述电流获取单元112和所述计算单元113依次连接；
所述电压获取单元111用于获取监测对象的电压数据；
所述电流获取单元112用于获取监测对象的电流数据；
所述计算单元113用于根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波数据。
在本实施方式中，通过所述电压获取单元111获取监测对象的电压数据；利用所述电流获取单元112获取监测对象的电流数据；利用所述计算单元113根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波电压、谐波电流、谐波功率等谐波数据。
进一步的，所述谐波数据包括谐波电压、谐波电流和谐波功率。
进一步的，所述谐波分析平台2可将所述拟合数据还原成谐波数据。
第二方面，本发明还提供一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法，包括：
S1获取监测对象的谐波数据；
具体步骤为：
S11获取监测对象的电压数据；
通过所述电压获取单元111获取监测对象的电压数据。
S12获取监测对象的电流数据；
利用所述电流获取单元112获取监测对象的电流数据。
S13根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波数据；
利用所述计算单元113根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波电压、谐波电流、谐波功率等谐波数据。
S2根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；
基于谐波电压评估，由于国标中规定了各次谐波电压和谐波畸变率的限值，因此基于谐波电压的评估参照国标(GB/T 14549-93)限值进行判断，若超过限值则触发一个评估事件，例如国标中规定10kV的6次谐波电压含有率限值为1.6％，若6次谐波电压含有率为1.7％，则产生一个电压谐波超标事件。
S3判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；
基于谐波功率的评估，谐波功率是通过谐波电压、谐波电流、谐波相角算得，因此它能比较全面的标准谐波特性，其计算如式(1)所示，P为谐波功率、U为谐波幅值、I为谐波电流、θ为谐波电压与谐波电流相角差值。
P＝U*I*cos(θ) (1)
实现步骤为：
步骤1：已知谐波功率序列划分为i个区段，即Pi，Pi＝[P1，P2...PN]，N为序列数，求取N个谐波功率的平均值Pavg，即式(2)
Figure BDA0003749828820000071
步骤2：求取Pi与Pavg的差值得到新的序列P*i，P*i＝[P*1，P*2...P*N]，即式(3)
Pi *＝Pi-Pavg (3)
步骤3：使用指数函数拟合功率曲线Pi，即式(4)，拟合系数为
Figure BDA0003749828820000072
Figure BDA0003749828820000073
Figure BDA0003749828820000074
步骤4：同理，使用滑动窗口获得下一个区段的Pi+1的谐波功率，并根据步骤3的方法拟合获得拟合系数
Figure BDA0003749828820000081
分别计算两个拟合系数比值，比如第一个系数的比值为k，具体见式(5)，对于任意系数比值，当k≥1.01或k≤0.9时，则认为异常，产生一个谐波功率变化事件。
Figure BDA0003749828820000082
通过上述(1)和(2)能实时评估和分析配网各对象的谐波特性，评估对象可选单次谐波，也可选择总的谐波，同时可大大降低谐波分析平台2计算要求。
S4对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；
具体步骤为：
S41设某项谐波数据为第一数据集，对所述第一数据集和以多项式拟合函数拟合，当拟合函数误差小于阈值时，拟合结束，当拟合误差无法达到阈值时，则分段拟合；
设某项谐波数据为HMi，比如2次谐波电压，HMi＝[HMi1，HMi2...HMiL]，多项式拟合函数如式(6)，具体可使用最小二乘法获得，当然多项式拟合只是一种实施方案，也可使用其他技术进行拟合；当拟合函数误差eHMi小于某个阈值时，拟合结束；若拟合误差无法达到阈值要求，则可分段拟合。
f(HMi)＝b0+b1*HMi+b2*HMi2+...br*HMir (6)
S42从所述第一数据集中获取起始值、最大值、最小值和平均值，将其汇总；
从HMi中获得起始值HMiint、最大值HMiend、最小值HMimin和平均值HMiavg，汇总需要传输数据为[bo，b1...br，HMiint，HMiend，HMimin，HMiavg，eHMi]，通常三次拟合就能满足，因此需要传输项压缩为9个，相较于现有的144条数据的传输量，已极大减少了数据传输量，数据传输量减少了90％。
S5将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台2；
通过将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台2，所述谐波分析平台2利用拟合系数可以还原出任意时刻的谐波数据，通过原始的起始值、最大值、最小值和平均值可提供监测点对象关键信息，亦可用于验证还原的数据是否正确，拟合误差则用于谐波分析平台2还原数据时校正。
本发明的一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法，能够对配网谐波进行实时评估，减少谐波数据传输量，不仅保证了配网谐波评估的时效性，同时极大降低数据传输量。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，其特征在于，
包括谐波监测装置和谐波分析平台；
所述谐波监测装置包括数据获取模块、谐波电压评估模块、谐波功率评估模块、数据拟合模块和数据传输模块；所述谐波电压评估模块、所述谐波功率评估模块、所述数据拟合模块分别与所述数据获取模块连接；所述数据传输模块分别与所述谐波电压评估模块、所述谐波功率评估模块、所述数据拟合模块连接；所述谐波分析平台和所述数据传输模块连接；
所述数据获取模块用于获取监测对象的谐波数据；
所述谐波电压评估模块用于根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；
所述谐波功率评估模块用于判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；
所述数据拟合模块用于对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；
所述数据传输模块用于将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台。
2.如权利要求1所述的一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，其特征在于，
所述数据获取模块包括电压获取单元、电流获取单元和计算单元；所述电压获取单元、所述电流获取单元和所述计算单元依次连接；
所述电压获取单元用于获取监测对象的电压数据；
所述电流获取单元用于获取监测对象的电流数据；
所述计算单元用于根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波数据。
3.如权利要求2所述的一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，其特征在于，
所述谐波数据包括谐波电压、谐波电流和谐波功率。
4.如权利要求3所述的一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，其特征在于，
所述谐波分析平台可将所述拟合数据还原成谐波数据。
5.一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法，应用于如权利要求1～4任意一项所述的一种配网谐波实时状态评估及数据传输系统，其特征在于，包括：
获取监测对象的谐波数据；
根据国标要求判断监测对象的谐波电压是否越限，若越限则产生一个电压谐波超标事件；
判断监测对象的谐波功率与预测值是否相同，若不同则产生一个谐波功率变化事件；
对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据；
将所述电压谐波超标事件、所述谐波功率变化事件和所述拟合数据发送至所述谐波分析平台。
6.如权利要求5所述的一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法，其特征在于，
所述获取监测对象的谐波数据包括：
获取监测对象的电压数据；
获取监测对象的电流数据；
根据监测对象的电压数据和电流数据计算得到谐波数据。
7.如权利要求6所述的一种配网谐波实时状态评估及数据传输方法，其特征在于，
所述对所述谐波数据进行多项式拟合，得到拟合数据包括：
设某项谐波数据为第一数据集，对所述第一数据集和以多项式拟合函数拟合，当拟合函数误差小于阈值时，拟合结束，当拟合误差无法达到阈值时，则分段拟合；
从所述第一数据集中获取起始值、最大值、最小值和平均值，将其汇总。
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CN117748507A (zh) * 2024-02-06 2024-03-22 四川大学 基于高斯回归模型的配网谐波接入不确定性评估方法
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