CN115759860A - 一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，包括步骤：S101、分析台区电能质量数据，构建典型电能质量指标；S102、确定各个典型电能质量指标的权重；S103、根据典型电能质量指标获取分布式光伏台区的相应电能质量数据，计算电能质量指标综合得分，根据电能质量指标综合得分输出告警等级；S104、当告警等级达到预设等级时，对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析，本发明能够对公共连接点处超标电能质量指标与分布式光伏用户进行溯源及责任量化，厘清用户与电网背景电能质量责任，实现分布式光伏台区电能质量指标的告警、溯源及责任量化的全流程管控、精准化管理。

Description

一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法

技术领域

本发明涉及台区电能质量分析技术领域，尤其涉及一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法。

背景技术

在“双碳”的背景下，分布式光伏在电力能源供应中的地位日益突出，随着分布式光伏的大力推广，大量的分布式光伏接入对传统电网的经济、安全、稳定运行带来了许多挑战，主要体现在其并网后对电网产生如谐波、三相不平衡、电压波动与闪变等电能质量问题。现有系统仅对台区的电能质量问题进行评估，缺少分布式光伏出力对台区电能质量指标的影响研究，使得现有分布式光伏台区的电能质量问题与光伏用户的权责界定模糊，难以落实“谁污染谁治理”的原则。目前对分布式光伏并网的电能质量指标评估较为复杂，难以运用于电网一线，并且当分布式光伏广泛并网对台区的电能质量造成影响后，无法对超标的电能质量进行溯源，难以识别恶化的电能质量是何种原因导致，缺少对光伏用户和系统对台区电能质量的责任量化。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，能够对公共连接点处超标电能质量指标与分布式光伏用户进行溯源及责任量化，厘清用户与电网背景电能质量责任。

为实现上述发明目的，本发明提供一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，所述方法包括以下步骤

S101、分析台区电能质量数据，构建典型电能质量指标；

S102、确定各个典型电能质量指标的权重；

S103、根据典型电能质量指标获取分布式光伏台区的相应电能质量数据，计算电能质量指标综合得分，根据电能质量指标综合得分输出告警等级；

S104、当告警等级达到预设等级时，对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析。

进一步的，典型电能质量指标包括谐波电压w₁、三相不平衡w₂、电压闪变w₃、间谐波电压w₄和电压偏差w₅。

进一步的，谐波电压还包括二次指标，所述二次指标包括2次谐波电压w₁₁、3次谐波电压w₁₂、5次谐波电压w₁₃、7次谐波电压w₁₄、9次谐波电压w₁₅和谐波电压总畸变率w₁₆。

进一步的，步骤S102具体包括以下步骤：

S201、根据标度理论，构造两两比较判断矩阵A：

A＝(a_ij)_n×n(i,j＝1,2,…,n)。

其中，a_ii＝1,a_ij＝1/a_ji，其中i、j分别为两个不同的典型电能质量指标，矩阵元素的标度根据i与j的相对重要程度进行取值；

S202、根据Aw＝λ_maxw求得判断矩阵A的最大特征根λ_max以及对应的特征向量w，得到各个典型电能质量指标的相对权重。

进一步的，步骤S103中，谐波电压指标评分y₁的计算公式如下所示：

式(1)中，若产生的谐波电压满足GB/T 14549标准要求时，则x＝yes，否则x＝no；

三相不平衡指标评分y₂的计算公式如下所示：

式(2)中，x的取值为公共连接点的负序电压不平衡度；

电压闪变指标评分y₃的计算公式如下所示：

式(3)中，当电压闪变满足GB/T 12326标准要求时，x＝yes，否则x＝no；

间谐波电压指标评分y₄的计算公式如下所示：

式(4)中，当间谐波电压满足GB/T 24337标准要求时，x＝yes，否则x＝no；

电压偏差指标评分y₅的计算公式如下所示：

式(5)中，x为实际运行电压对标称电压的偏差相对值，电能质量指标综合得分的计算公式如下所示：

式(6)中，M表示电能质量指标综合得分，n为指标数量，y_k表示第k项指标的得分，w_k表示第k项指标的权重。

进一步的，步骤S103中根据电能质量指标综合得分输出告警等级，具体为：将告警等级分为三级，电能质量指标综合得分在90-100分之间对应的告警等级为第一等级，电能质量指标综合得分在70-90分之间对应的告警等级为第二等级，电能质量指标综合得分在70分以下对应的告警等级为第三等级，步骤S104中，当告警等级为第二等级或第三等级时，对超标的电能质量指标进行溯源与责任量化分析。

进一步的，步骤S104中，在对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析前，通过ShapeDTW算法对台区的电能质量时序监测数据和台区下光伏用户出力的时序监测数据进行补全对齐。

进一步的，步骤S104中，在对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析前，将超标的电能质量指标的时序监测数据记为X＝{x₁,x₂,...,x_n,...,x_N}，相应台区下所有分布式光伏的时序出力数据之和记为P＝{p₁,p₂,...,p_m,...,p_M}，基于ShapeDTW算法对两个时序序列进行补全对齐后，电能质量指标的时序监测数据记为X'＝{x'₁,x'₂,...,x'_t,...,x'_T}，分布式光伏的时序出力数据之和记为P'＝{p'₁,p'₂,...,p'_t,...,p'_T}，求这两个时序序列之间的皮尔森相关系数为：

式(7)中，p′_i和x′_i分别为序列P＇和X＇的第i个元素，

和

分别为序列P＇和X＇的均值，若皮尔森相关系数不小于0.6，则对于台区下所有的分布式用户进行电能质量的溯源及责任量化，T为使用ShapeDTW算法对两个时序序列进行补全对齐后的长度。

进一步的，对台区下所有分布式用户进行电能质量的溯源及责任量化，具体包括以下步骤：

S301、计算台区背景电能质量责任，具体计算方式如下：

首先用X＇对P₁'、P₂'、...、P_I'作回归得：

X′＝β₀+β₁P₁'+β₂P₂'+...+β_IP_I' (8)

以此得到β₀、β₁、…、β_I等回归系数，并将P₁'、P₂'、...、P_I'再次带入得到的回归模型，得到

再计算

和X＇之间的简单相关系数，去除这一相关系数后剩余即是背景电能质量责任D_B：

式中

和x'_t分别为

和X＇中的第t个元素；

和

分别为

和X＇对应的均值。

S302、计算各个光伏用户的电能质量责任，具体计算方式如下：

首先计算第i个分布式光伏用户出力数据和超标电能质量指标时序监测数据的相关性：

然后计算第i个分布式光伏用户的电能质量责任D_i：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，针对分布式光伏典型的电能质量问题，构建分布式光伏的电能质量指标，确定各指标权重，计算电能质量指标综合得分，根据得分输出相应的告警等级，当告警等级越限时对台区超标的电能质量指标进行溯源分析和责任量化分析，以便分清台区电能质量责任，实现分布式光伏台区电能质量指标的告警、溯源及责任量化的全流程管控、精准化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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优选实施例，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是本发明实施例提供的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法整体流程示意图。

图2是本发明实施例提供的电能质量告警模型指标体系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1，本实施例提供一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，所述方法包括以下步骤：

S101、分析台区电能质量数据，构建典型电能质量指标。

S102、确定各个典型电能质量指标的权重。

S103、根据典型电能质量指标获取分布式光伏台区的相应电能质量数据，计算电能质量指标综合得分，根据电能质量指标综合得分输出告警等级；

S104、当告警等级达到预设等级时，对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析。

参照图2，针对分布式光伏台区的典型电能质量特征，本实施例选取谐波电压、三相不平衡、电压闪变、间谐波电压、电压偏差等电能质量指标构建告警评估体系。并选取2、3、4、5、7、9次谐波电压和谐波总畸变率作为谐波电压的二次指标。

本实施例中，各个典型电能质量指标的权重的确定包括以下步骤：

S201、根据标度理论，构造两两比较判断矩阵A：

A＝(a_ij)_n×n(i,j＝1,2,…,n)。

其中，a_ii＝1,a_ij＝1/a_ji，其中i、j分别为两个不同的典型电能质量指标，矩阵元素的标度根据i与j的相对重要程度进行取值，如表1所示：

表1

i与j的相对重要程度可以根据专家经验进行评估。

S202、根据Aw＝λ_maxw求得判断矩阵A的最大特征根λ_max以及对应的特征向量w，得到各个典型电能质量指标的相对权重。

步骤S103中，谐波电压指标评分y₁的计算公式如下所示：

式(1)中，若产生的谐波电压满足GB/T 14549标准的要求时，则x＝yes，否则x＝no；

三相不平衡指标评分y₂的计算公式如下所示：

式(2)中，x的取值为公共连接点的负序电压不平衡度；

电压闪变指标评分y₃的计算公式如下所示：

式(3)中，当电压闪变满足GB/T 12326标准的要求时，x＝yes，否则x＝no；

间谐波电压指标评分y₄的计算公式如下所示：

式(4)中，当间谐波电压满足GB/T 24337标准的要求时，x＝yes，否则x＝no；

电压偏差指标评分y₅的计算公式如下所示：

式(5)中，x为实际运行电压对标称电压的偏差相对值。电能质量指标综合得分的计算公式如下所示：

式(6)中，M表示电能质量指标综合得分，n为指标数量，y_k表示第k项指标的得分，w_k表示第k项指标的权重。

步骤S103中根据电能质量指标综合得分输出告警等级，具体为：将告警等级分为三级，电能质量指标综合得分在90-100分之间对应的告警等级为第一等级，电能质量指标综合得分在70-90分之间对应的告警等级为第二等级，电能质量指标综合得分在70分以下对应的告警等级为第三等级，步骤S104中，当告警等级为第二等级或第三等级时，对超标的电能质量指标进行溯源与责任量化分析。当告警等级为第一等级时说明该台区的电能质量指标达标，告警模型不发出告警信号。当告警等级为第二等级时说明该台区原则上需要加强电能质量管控，进行电能质量指标治理，有序引导该台区的后续光伏开发。当告警等级为第三等级时，需要给出电能质量指标分析报告，责令整改台区，对电能质量指标进行治理，并给出整改工单。

由于台区的电能质量时序监测数据与台区下光伏用户出力的时序监测数据常常因为监测设备的采样频率不同而导致数据的长度不同。为了解决这一问题，本实施例在对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析前，通过ShapeDTW算法对台区的电能质量时序监测数据和台区下光伏用户出力的时序监测数据进行补全对齐，动态时间规整算法(dynamic time wraping,DTW)常用于寻找2个时间无法对齐序列的最优扭曲对齐方式，求解通过使2个序列累计距离达到最小值实现，并称最小累计距离为这2个序列的DTW距离。

设2个已知长度分别为m和n的时间序列x＝{x₁,x₂,...,x_n}和y＝{y₁,y₂,...,y_n}。首先计算序列x和y各点之间的欧式距离。获得一个m×n阶欧式距离矩阵M，M_i,j表示序列x的第i个点与序列y的第j个点之间的欧氏距离。其次，定义M_c为累计距离矩阵，并计算M_c。根据下式给M_c矩阵第一行和第一列赋初值：

对于2≤i小于等于n中的每一个i，计算j从2到m的累计距离M_c,i_,j，其计算方法如下所示：

上式中，2≤i≤n且2≤j≤m，i,j∈N。最后确定序列x和y的DTW距离，由于累计距离矩阵的计算过程相当于2个时间序列的匹配过程，每一步会产生与相邻路径的最小累计距离，则进行到最后一步，可得到2组数据整体最小累计距离，即DTW(x,y)＝M_c,n_,m。

ShapeDTW算法在DTW的基础上，避免了病态匹配的出现，同时兼顾了整体与局部形态的最优匹配。其基本思想是对2个序列进行分段，对每段数据计算DTW最优匹配，并根据匹配路径生成新的序列，达到补齐2组序列的效果，ShapeDTW算法补齐序列用下式表示：

(x″,y″)＝ShapeDTW(x,y)

ShapeDTW补齐数据包括以下步骤：

1)选择基准数据，截取数据并形成数据矩阵，选择基准数据，截取数据并形成数据矩阵。设原始数据x＝{x₁,x₂,...,x_n}和y＝{y₁,y₂,...,y_n}，选择数据x为基准数据，以2组数据每个元素为中心，截取长度分别的s_x与s_y的序列，并生成矩阵

与矩阵

2)寻找最优匹配。对于x′的每行数据x_i′，计算DTW(x′_i,y′₁)，DTW(x′_i,y′₂)，…，DTW(x′_i,y′_n)，设在y′_j取到最小值DTW(x′_i,y′_j)，则表示矩阵x′的第i行与矩阵y′的第j行匹配，即表示原始序列x的第i个元素与源是序列y的第j个元素匹配

3)形成补齐后的序列x″和y″。保持基准序列不变，即x″＝x，序列y″的第i个元素y″_i的值与x_i相匹配的y_j，即y″_i＝y′₁。按照这种规则，对序列y进行重构，形成新序列。

步骤S104中，在对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析前，将超标的电能质量指标的时序监测数据记为X＝{x₁,x₂,...,x_n,...,x_N}，相应台区下所有分布式光伏的时序出力数据之和记为P＝{p₁,p₂,...,p_m,...,p_M}，基于ShapeDTW算法对两个时序序列进行补全对齐后，电能质量指标的时序监测数据记为X'＝{x'₁,x'₂,...,x'_t,...,x'_T}，分布式光伏的时序出力数据之和记为P'＝{p'₁,p'₂,...,p'_t,...,p'_T}，求这两个时序序列之间的皮尔森相关系数为：

式(7)中，p′_i和x′_i分别为序列P＇和X＇的第i个元素，

和

分别为序列P＇和X＇的均值。T为使用ShapeDTW算法对两个时序序列进行补全对齐后的长度。若皮尔森相关系数小于0.6，则说明该台区超标电能质量主要受电网系统的电能质量影响；否则说明超标的电能质量指标是由该台区下的分布式光伏导致的。因此若皮尔森相关系数不小于0.6，则对于台区下所有的分布式用户进行电能质量的溯源及责任量化。

对台区下所有分布式用户进行电能质量的溯源及责任量化，具体包括以下步骤：

S301、计算台区背景电能质量责任(除分布式光伏外其他干扰性用户导致的电能质量现象贡献度)，具体计算方式如下：

首先用X＇对P₁'、P₂'、...、P_I'作回归得：

X′＝β₀+β₁P₁'+β₂P₂'+...+β_IP_I' (8)

以此得到β₀、β₁、…、β_I等回归系数，并将P₁'、P₂'、...、P_I'再次带入得到的回归模型，得到

再计算

和X＇之间的简单相关系数，去除这一相关系数后剩余即是背景电能质量责任D_B：

式中

和x'_t分别为

和X＇中的第t个元素；

和

分别为

和X＇对应的均值。

S302、计算各个光伏用户的电能质量责任，具体计算方式如下：

首先计算第i个分布式光伏用户出力数据和超标电能质量指标时序监测数据的相关性：

然后计算第i个分布式光伏用户的电能质量责任D_i：

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S101、分析台区电能质量数据，构建典型电能质量指标；

S102、确定各个典型电能质量指标的权重；

S103、根据典型电能质量指标获取分布式光伏台区的相应电能质量数据，计算电能质量指标综合得分，根据电能质量指标综合得分输出告警等级；

S104、当告警等级达到预设等级时，对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析。

2.根据权利要求1所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，典型电能质量指标包括谐波电压w₁、三相不平衡w₂、电压闪变w₃、间谐波电压w₄和电压偏差w₅。

3.根据权利要求2所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，谐波电压还包括二次指标，所述二次指标包括2次谐波电压w₁₁、3次谐波电压w₁₂、5次谐波电压w₁₃、7次谐波电压w₁₄、9次谐波电压w₁₅和谐波电压总畸变率w₁₆。

4.根据权利要求2所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，步骤S102具体包括以下步骤：

S201、根据标度理论，构造两两比较判断矩阵A：

A＝(a_ij)_n×n(i,j＝1,2,…,n)

其中，a_ii＝1,a_ij＝1/a_ji，其中i、j分别为两个不同的典型电能质量指标，矩阵元素的标度根据i与j的相对重要程度进行取值；

S202、根据Aw＝λ_maxw求得判断矩阵A的最大特征根λ_max以及对应的特征向量w，得到各个典型电能质量指标的相对权重。

5.根据权利要求2所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，步骤S103中，谐波电压指标评分y₁的计算公式如下所示：

式(1)中，若产生的谐波电压满足GB/T 14549标准要求时，则x＝yes，否则x＝no；

三相不平衡指标评分y₂的计算公式如下所示：

式(2)中，x的取值为公共连接点的负序电压不平衡度；

电压闪变指标评分y₃的计算公式如下所示：

式(3)中，当电压闪变满足GB/T 12326标准要求时，x＝yes，否则x＝no；

间谐波电压指标评分y₄的计算公式如下所示：

式(4)中，当间谐波电压满足GB/T 24337标准要求时，x＝yes，否则x＝no；

电压偏差指标评分y₅的计算公式如下所示：

式(5)中，x为实际运行电压对标称电压的偏差相对值，电能质量指标综合得分的计算公式如下所示：

式(6)中，M表示电能质量指标综合得分，n为指标数量，y_k表示第k项指标的得分，w_k表示第k项指标的权重。

6.根据权利要求5所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，步骤S103中根据电能质量指标综合得分输出告警等级，具体为：将告警等级分为三级，电能质量指标综合得分在90-100分之间对应的告警等级为第一等级，电能质量指标综合得分在70-90分之间对应的告警等级为第二等级，电能质量指标综合得分在70分以下对应的告警等级为第三等级，步骤S104中，当告警等级为第二等级或第三等级时，对超标的电能质量指标进行溯源与责任量化分析。

7.根据权利要求1所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，步骤S104中，在对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析前，通过ShapeDTW算法对台区的电能质量时序监测数据和台区下光伏用户出力的时序监测数据进行补全对齐。

8.根据权利要求7所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，步骤S104中，在对台区超标的电能质量指标进行溯源和责任量化分析前，将超标的电能质量指标的时序监测数据记为X＝{x₁,x₂,...,x_n,...,x_N}，相应台区下所有分布式光伏的时序出力数据之和记为P＝{p₁,p₂,...,p_m,...,p_M}，基于ShapeDTW算法对两个时序序列进行补全对齐后，电能质量指标的时序监测数据记为X'＝{x'₁,x'₂,...,x'_t,...,x'_T}，分布式光伏的时序出力数据之和记为P'＝{p'₁,p'₂,...,p'_t,...,p'_T}，求这两个时序序列之间的皮尔森相关系数为：

式(7)中，p′_i和x′_i分别为序列P＇和X＇的第i个元素，

和

分别为序列P＇和X＇的均值，若皮尔森相关系数不小于0.6，则对于台区下所有的分布式用户进行电能质量的溯源及责任量化，T为使用ShapeDTW算法对两个时序序列进行补全对齐后的长度。

9.根据权利要求8所述的一种台区电能质量告警、溯源及责任量化方法，其特征在于，对台区下所有分布式用户进行电能质量的溯源及责任量化，具体包括以下步骤：

S301、计算台区背景电能质量责任，具体计算方式如下：

首先用X＇对P₁'、P₂'、...、P_I'作回归得：

X′＝β₀+β₁P₁'+β₂P₂'+...+β_IP_I' (8)

以此得到β₀、β₁、…、β_I等回归系数，并将P₁'、P₂'、...、P_I'再次带入得到的回归模型，得到

再计算

和X＇之间的简单相关系数，去除这一相关系数后剩余即是背景电能质量责任D_B：

式中

和x'_t分别为

和X＇中的第t个元素；

和

分别为

和X＇对应的均值；

S302、计算各个光伏用户的电能质量责任，具体计算方式如下：

首先计算第i个分布式光伏用户出力数据和超标电能质量指标时序监测数据的相关性：

然后计算第i个分布式光伏用户的电能质量责任D_i：

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