CN115775115B - 基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统技术领域,具体公开了一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法及系统,方法包括:选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,进行标准化处理;计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵;根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。本发明无需计算谐波阻抗即可定性评估谐波源谐波发射水平,计算量小,具有极强的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,尤其涉及一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
目前,以分布式光伏为主的新能源迅猛发展,形成了新能源大规模接入的新型配电系统。伴随大规模新能源分散式接入配电网,新能源具有波动性、随机性特征,受制于电力电子器件的工作特性,使得新能源输出电压电流中存在大量低频与高频谐波,电网谐波污染加剧,谐波成为新型配电系统中的主要电能质量问题。随着电力体制市场化改革和智能配电网的发展,电网和用户均对电能质量提出了更高要求,研究多谐波源谐波发射水平评估方法,对谐波溯源的规范化发展及谐波针对性治理具有积极意义。
近年来,关于谐波源谐波发射水平的研究逐步展开,且常常将所分析系统等效为诺顿电路,以公共耦合点(Point of common coupling,PCC)为参考,划分系统侧和用户侧进行分析两侧的谐波发射水平。现有方法主要有基于最小二乘法的谐波发射水平评估、基于M估计稳健回归评估方法、利用快速变化分量提取关注数据计算谐波发射水平等,上述方法均是针对系统中存在的多谐波源进行的谐波发射水平评估,是该领域有益的探索,但需要计算系统侧和用户侧的谐波阻抗,计算量较大。
此外,在实际系统中,公共连接点处的谐波问题往往由多个谐波源负荷共同作用产生的,各馈线间的谐波电流存在相互干扰问题,通过单条馈线测量的谐波发射水平判断其周围的谐波源,不够严格和客观。高比例新能源接入背景下,工作特性相似的新能源产生谐波规律相似,当它们接入某条馈线会使谐波叠加,进而使母线产生谐波电压,母线各次谐波电压与馈线各次谐波有功功率会呈现较高的相关性,因此,分析母线各次谐波电压与馈线各次谐波有功功率的相关性对于判定主要谐波源具有一定的理论指导意义。
现有方法主要从PCC点谐波电压与馈线谐波有功功率相关性角度出发,忽略谐波幅值等各项指标并不能准确衡量各条馈线的谐波发射水平。因此,在新型配电系统背景下,配网谐波源谐波发射水平评估更为困难,以往研究也未有涉及。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法及系统,利用电能质量量测装置同步采集变电站母线谐波电压和各馈线谐波电流数据,基于各条馈线和母线间的谐波相关性指标,提出评估指标谐波有功功率母线-馈线谐波有功功率幅值比(Feeder to bus harmonic poweramplitude ratio,FBPR),建立模糊评价数学模型,判定各谐波源的谐波发射水平。
在一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法,包括:
选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;
分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;
以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,对评估指标数据进行标准化处理;
计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵;
根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。
作为进一步地方案,计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,具体为:
U j 和
P j 分别为公共耦合点处谐波电压序列
U和各馈线谐波有功功率序列
P的第
j个元素,根据
U j 和
P j 数据的等级差以及总的数据量,计算得到公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数。
作为进一步地方案,计算公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值,具体为:
根据第
j条馈线的
h次谐波电流和
h次谐波电压,计算第
j条馈线的
h次谐波有功功率;
根据第
i条母线的
h次谐波电流和
h次谐波电压,计算第
i条母线的
h次谐波有功功率;
某条馈线的
h次谐波有功功率累加值与公共耦合点处母线的
h次谐波有功功率累加的比值,即为公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值。
在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价系统,包括:
数据获取模块,用于选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;
指标计算模块,用于分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,对评估指标数据进行标准化处理;
谐波发射水平评估模块,用于计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵;根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。
在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种终端设备,其包括处理器和存储器,处理器用于实现指令;存储器用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行上述的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法。
在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明评估方法无需计算谐波阻抗即可定性评估谐波源谐波发射水平,计算量小,在实际工程中具有极强的适应性和通用性;解决了多谐波源谐波责任定性判定的问题,实现了电能质量监测数据的高级分析及应用。
(2)本发明通过讨论母线谐波电压和馈线谐波有功功率的相关性,结合谐波有功功率幅值比指标,进行模糊评价,定性判断谐波源谐波发射水平,弥补了当前方法计算繁琐不易实现的缺陷,方法简单实用。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例中的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价的流程图;
图2是本发明实施例中的配电网等效诺顿电路原理图;
图3是本发明实施例中的配电网谐波发射等级评估结果示意图;
图4是本发明实施例中的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价的结构框图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中,公开了一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法,结合图1,具体包括如下过程:
S101:选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;
作为具体的示例,图2给出了配电网等效诺顿电路原理图,以公共耦合点(Pointof common coupling,PCC)为参考,划分系统侧和用户侧进行分析两侧的谐波发射水平;其中,以
h次谐波为例,如图2所示,系统侧由
h次等效谐波阻抗和
h次等效谐波电流源并联而成,用户侧由多条馈线并联而成,每条馈线由
h次等效谐波阻抗,,…,和
h次等效谐波电流源,,…,并联而成。
对公共耦合点(以下简称PCC)以及各馈线数据进行采集,在获取到公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据后,对数据依次进行傅里叶变换和双边滤波处理,去除干扰数据。
S102:分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;
作为具体的示例,以PCC谐波电压与各馈线谐波有功功率为关注对象,相关系数的计算方法具体为:
(1)
其中,
U j 和
P j 分别为PCC处谐波电压序列
U和各馈线谐波有功功率序列
P的第
j个元素,表示
U j 和
P j 数据的等级差,
r为等级差的下标符号;
n为数据量,即量测的谐波电压与谐波有功功率数据量。
等级差的具体计算过程如下:
对数据序列
U和
P分别进行排序(同时为升序或降序),得到两个元素排行集合
Up和
Pp,其中元素
U j 和
P j 分别为
U j 在
U中的排行以及
P j 在
P中的排行。将集合
Up、
Pp中的元素对应相减得到等级差。
以PCC谐波有功功率与各馈线谐波有功功率为关注对象,计算两者谐波有功功率幅值比值
FBPR:
(2)
其中,为第
j条馈线的
h次谐波电流的共轭值,为第
i条母线的
h次谐波电流的共轭值,为第
j条馈线的
h次谐波电压,为第
i条母线的
h次谐波电压,为馈线
j的
h次谐波有功功率计算公式,为母线
i的
h次谐波有功功率计算公式。
对电流数列取平均值的目的是减小异常波动数据对结果的影响。PCC处谐波超标时,当
FBPR>1时,为一级,说明馈线谐波有功功率幅值平均值超过PCC谐波有功功率幅值平均值,此时该馈线谐波非常严重;当1
>FBPR>0.75时,为二级,馈线谐波有功功率幅值平均值超过PCC谐波有功功率幅值平均值四分之三,该馈线谐波较为严重;当0.75
>FBPR>0.5时,为三级,馈线谐波有功功率幅值平均值低于PCC谐波有功功率幅值平均值的一半,该馈线谐波贡献略严重;当0.5
>FBPR>0.25时,为四级,馈线谐波有功功率幅值平均值低于PCC谐波有功功率幅值平均值的一半,该馈线谐波贡献较轻;当0.25
>FBPR>0时,为五级,馈线谐波有功功率幅值平均值低于PCC谐波有功功率幅值平均值的四分之一,该馈线谐波贡献很小。
S103:以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,对其包含的数据进行标准化处理;
作为具体的示例,对相关系数和幅值比值的评估指标数据进行标准化处理的过程具体为:
(3)
其中,,表示第
i个数据,意味着第
i条馈线的第
j个指标值,为第
i个数据的第
j个指标标准化后的值。
S104:计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵,实现模糊评价。
基于式(3)标准化后的数据求各评价对象在各指标下的比值,具体为:
(4)
其中,
p ij 为各评价对象在各指标下的比值,
y ij 为相关系数、幅值比标准化后的结果;其中,评价对象指某指标的样本值,以相关系数指标为例,
p ij 即为某条馈线的相关系数指标除以各条馈线相关系数指标之和,可以理解为第
j项指标下第
i个样本值占该指标的比重。
计算相关系数、幅值比指标的熵值,具体为:
(5)
其中,为第
j项指标的熵值,
p ij 为各评价对象在各指标下的比值。
通过熵值计算各个指标权重,具体为:
(6)
其中,
w j 为各个指标熵权值(即权重值),由于本实施例中只有两个指标,即
m=2,在实际计算中,权重值会随着两个指标的实际数值改变而灵活调整。
得到权重值后,利用等级区间构造隶属度矩阵,两个指标的区间等级划分具体为:
一级:相关系数(0.7,1),FBPR(1,+∞);
二级:相关系数(0.5,0.7),FBPR(0.75,1);
三级:相关系数(0.3,0.5),FBPR(0.5,0.75);
四级:相关系数(0.1,0.3),FBPR(0.25,0.5);
五级:相关系数(0,0.1),FBPR(0,0.25)。
因为相关系数、幅值比越高评价等级越高,因此采用升半梯形隶属函数构造隶属度矩阵。
通过上述形成的隶属度矩阵
S i ,结合式计算的熵权值构造熵权值矩阵
W,通过公式(7)计算各条馈线的综合评价矩阵
G i ,最后再依据最大隶属度原则即可得到各条馈线谐波源的最终评价。
(7)
S105:根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。
作为具体的示例,由于前述划分两个指标的区间等级共五级,因此上述得到的综合评价矩阵
G i 含有五列元素,行数由样本数量决定。每行元素之和为1,五列自左到右依次代表等级一、等级二、等级三、等级四、等级五,隶属度最大原则为,对应某一行综合评价矩阵,哪一列元素值最大,则最终评级结果即为该列对应的等级。
图3依据隶属度最大原则,哪一个等级的数值最大,则最终结果即为哪一个等级,因为馈线1、2中,等级一的数值最大,因此都为一级谐波源。
从图3的结果可以看出,本实施例方法可以有效综合相关系数与幅值比对谐波源进行综合评价。
实施例二
在一个或多个实施方式中,公开了一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价系统,结合图4,具体包括:
数据获取模块,用于选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;
指标计算模块,用于分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,对其包含的数据进行标准化处理;
谐波发射水平评估模块,用于构建模糊评价模型,计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵;根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。
需要说明的是,上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细的说明,此处不再详述。
实施例三
在一个或多个实施方式中,公开了一种终端设备,包括服务器,所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法。为了简洁,在此不再赘述。
应理解,本实施例中,处理器可以是中央处理单元CPU,处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC,现成可编程门阵列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。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器,并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如,存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例四
在一个或多个实施方式中,公开了一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法,其特征在于,包括:
选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;
分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;
所述计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,具体为:
U j和P j分别为公共耦合点处谐波电压序列U和各馈线谐波有功功率序列P的第j个元素,根据U j和P j数据的等级差以及总的数据量,计算得到公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数;
计算公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值,具体为:
根据第j条馈线的h次谐波电流和h次谐波电压,计算第j条馈线的谐波有功功率;
根据第i条母线的h次谐波电流和h次谐波电压,计算第i条母线的谐波有功功率;
某条馈线的h次谐波有功功率累加值与公共耦合点处母线的h次谐波有功功率累加的比值,即为公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,对评估指标数据进行标准化处理;
计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵;所述计算评估指标的权重系数,具体为:
基于标准化后的数据求各评价对象在各指标下的比值;
基于所述比值计算相关系数和幅值比指标的熵值:
通过熵值计算相关系数和幅值比两个指标的熵权值,即为权重系数;
根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。
2.如权利要求1所述的一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法,其特征在于,在获取到公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据后,对数据依次进行傅里叶变换和双边滤波处理。
3.如权利要求1所述的一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法,其特征在于,对评估指标数据进行标准化处理,具体为:
其中,,表示第i个数据的第j个指标值,为第i个数据的第j个指标标准化后的值。
4.如权利要求1所述的一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法,其特征在于,计算各条馈线的综合评价矩阵,具体为:综合评价矩阵为熵权值矩阵和隶属度矩阵的乘积。
5.一种基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价系统,其特征在于,包括:
数据获取模块,用于选择关注的时间节点和谐波次数,获取公共耦合点处的电压和电流数据以及各条馈线的电流数据;
指标计算模块,用于分别计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,以及公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;
所述计算公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数,具体为:
U j和P j分别为公共耦合点处谐波电压序列U和各馈线谐波有功功率序列P的第j个元素,根据U j和P j数据的等级差以及总的数据量,计算得到公共耦合点处谐波电压与各馈线谐波有功功率的相关系数;
计算公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值,具体为:
根据第j条馈线的h次谐波电流和h次谐波电压,计算第j条馈线的谐波有功功率;
根据第i条母线的h次谐波电流和h次谐波电压,计算第i条母线的谐波有功功率;
某条馈线的h次谐波有功功率累加值与公共耦合点处母线的h次谐波有功功率累加的比值,即为公共耦合点处谐波有功功率和各馈线谐波有功功率的幅值比值;
以相关系数和幅值比值作为双重相关评估指标,对评估指标数据进行标准化处理;
谐波发射水平评估模块,用于计算评估指标的权重系数,利用等级区间构造隶属度矩阵,计算各条馈线的综合评价矩阵;所述计算评估指标的权重系数,具体为:
基于标准化后的数据求各评价对象在各指标下的比值;
基于所述比值计算相关系数和幅值比指标的熵值:
通过熵值计算相关系数和幅值比两个指标的熵权值,即为权重系数;
根据最大隶属度原则,得到配电网各馈线谐波发射水平的评估结果。
6.一种终端设备,其包括处理器和存储器,处理器用于实现指令;存储器用于存储多条指令,其特征在于,所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-4任一项所述的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法。
7.一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,其特征在于,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-4任一项所述的基于双重相关指标的谐波发射水平模糊评价方法。
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