CN117388626B - 基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法 - Google Patents

基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，该方法包括：利用多元有功负荷量和多元无功负荷量，获取指定时间序列下负荷动态平衡状态下的多元负荷量和待检测状态下的多元负荷量；计算二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度用于判断多元负荷是否处于不平衡状态，记为第一状态；若不平衡，则输出结果；若异常，则计算多元无功负荷量横向适应度和纵向适应度、计算峰谷适应度，用于判断多元负荷是否处于平衡状态，记为第二状态；若是，则输出结果；若为异常，则计算二维变换图像中峰谷点的横向偏移关系式和纵向偏移关系式用于计算负荷畸变率，用于判断多元负荷是否处于平衡状态，将判断的结果输出。

Description

基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法
技术领域
本发明属于配电网负荷平衡检测技术领域，具体而言，涉及一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展,电力系统规模不断扩大,电力负荷呈现出多样化和动态变化的特点。传统的配电网以提供充足、可靠的电力供应为主,对负荷动态变化的监测和管理相对薄弱。近年来,新能源并网、电动汽车充电等新业务不断推出,使得基于分布式电源的配电网负荷特征发生深刻变化,呈现出负荷增长迅速、波动大、峰谷差异明显的特点,导致配电网负荷率居高不下,供电可靠性下降。在配电网供电系统中，分布式电源是主要的构成部分之一，其输送的电能安全稳定对于配电网的多元负荷的平衡状态有着重要的影响。由多元负荷平衡状态分析可知，配电网负荷平衡状态是一个动态变化、逐步失衡的过程。在配电网向个负荷单位提供电能的过程中，动态变化的负荷先从早期的局部不平衡状态逐步演变为前全局失衡状态，从而使基于分布式电源的配电网抵御多元负荷失衡的能力大幅度下降。随着基于分布式电源应用领域进一步扩大，配电网多元负荷平衡状态检测的问题亟待解决。传统的配电网平衡检测方法主要依赖线路负荷率监测、节点电压监测等,但这些指标难以全面反映负荷的动态平衡状况，具体而言就是，由于在分布式电源的接入点获取负荷量，当有功负荷和无功负荷的平衡状态发生动态变化时，在不同时间序列下提取的负荷数据点所形成的的波形具有丰富的差异性，也就是说，现有技术对配电网平衡的检测，针对分布式电源的有功负荷和无功负荷的平衡状态发生动态变化时，存在检测结果不准确的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法能够解决现有技术中对配电网平衡的检测，针对分布式电源的有功负荷和无功负荷的平衡状态发生动态变化时，存在检测结果不准确的技术问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其中，包含以下步骤：
S10、利用分布式电源分别接入配电网的多元有功负荷量和多元无功负荷量，获取指定时间序列下负荷动态平衡状态下的多元负荷量和待检测状态下的多元负荷量；
S20、计算多元有功负荷量的二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度，并根据得到的有功谐振密集度判断配电网多元负荷是否处于不平衡状态，记为第一状态；
S30、若所述第一状态为不平衡状态，则以配电网多元负荷动态不平衡为输出结果并结束后续步骤的执行；若所述第一状态为异常状态，在继续执行步骤S40；
S40、计算多元无功负荷量横向适应度和纵向适应度；
S50、根据得到的横向适应度和纵向适应度计算峰谷适应度，并根据得到的峰谷适应度判断配电网多元负荷是否处于平衡状态，记为第二状态；
S60、若所述第二状态为是，则以配电网多元负荷动态平衡为输出结果并结束后续步骤的执行；若所述第二状态为异常状态，则继续执行步骤S70；
S70、计算配电网多元无功负荷二维变换图像中峰谷点的横向偏移关系式和纵向偏移关系式以及配电网多元无功负荷二维变换图像峰谷点的多重匹配函数式；
S80、利用得到的偏移关系式和纵向偏移关系式以及多重匹配函数式计算负荷畸变率，并根据负荷畸变率判断配电网多元负荷是否处于平衡状态，将判断的结果输出。
在上述技术方案的基础上，本发明的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法还可以做如下改进:
其中，所述指定时间序列为间隔时间为1秒～15秒的一段时间序列。
其中，所述多元有功负荷量以及多元无功负荷量的二维变换图像的生成方法均为傅里叶级数拟合法。
其中，所述计算多元有功负荷量的二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度的具体公式为：
其中，x和y分别为负荷峰谷点的横坐标和纵坐标，PZ(i,j)、PD(i,j)分别为配电网多元负荷平衡状态和待测状态的多元有功负荷量的二维变换图像位于(i,j)处的有功负荷量，i和j分别代表时间序列参数和配电网负荷种类序号，i、j均为正整数；t＝(t1t2...tk)T表示时间序列，k表示时间序列的序号值，k取值为大于2的整数。
进一步的，所述根据得到的有功谐振密集度判断配电网多元负荷是否处于不平衡状态的判断方法为：当C≤M1时判断配电网多元负荷处于不平衡状态；当C＞M1时判断配电网多元负荷处于平衡异常状态；其中，M1是和分布电源型号、布置、容量有关的常数M1＝0.66。
其中，所述计算多元无功负荷量横向适应度和纵向适应度的公式为：
Qh＝|QZ(x+2k-1,y)-1.68log[QD(x-2k-1,y)]|；
Qv＝|1.68log[QZ(x,y+2k-1)]-QD(x,y-2k-1)|；
式中，Qh表示无功负荷量横向适应度，Qv表示无功负荷量纵向适应度；x、y分别代表无功负荷量的二维变换图中峰谷点的横、纵坐标，(x0,y0)为无功负荷量横向适应度Qh和纵向适应度Qv同时达到最大值时的峰谷点坐标。
进一步的，所述计算峰谷适应度的公式为：
式中，D表示峰谷适应度，m,n为无功负荷量的二维变换图像中负荷波峰处向上取整的横坐标和纵坐标。
进一步的，所述根据得到的峰谷适应度判断配电网多元负荷是否处于平衡状态的判断方法为：当D≤M2时判断配电网多元负荷处于平衡状态；当D＞M2时判断配电网多元负荷平衡处于异常状态；M2是和分布电源型号、布置、容量有关的常数，M2＝0.50。
其中，所述计算配电网多元无功负荷二维变换图像中峰谷点的横向偏移关系式和纵向偏移关系式的公式为：
式中，M和N分别为多元无功负荷二维变换图像的最大负荷波峰点和最小负荷波谷点，fj与gj为第j个峰谷点距首个波峰点与波谷点的欧式距离；
所述配电网多元无功负荷二维变换图像峰谷点的多重匹配函数式的公式为：
所述计算负荷畸变率的公式为：
所述计算负荷畸变率的公式为：
式中，(x0,y0)为二维变换图像首个负荷波峰点坐标，(xM,yM)和(xN,yN)分别为多元无功负荷二维变换图像最大负荷波峰点坐标和最小负荷波谷点坐标；QM表示无功负荷量的二维变换图中从初始点到最大负荷波峰点的互不重叠的窗口之间的最大强度差；QN表示无功负荷量的二维变换图中从初始点到最小负荷波谷点的互不重叠的窗口之间的最大强度差，Γ为最佳匹配值，其含义为二维变换图像的最佳尺寸值；E(N)、E(N)分别表示为从二维变换图像首个负荷波峰点到最大负荷波峰点、最小负荷波谷点的能量谱。
进一步的，所述根据负荷畸变率判断配电网多元负荷是否处于平衡状态的方法为：当F≤M3时判断配电网多元负荷处于局部不平衡状态；当F＞M3时判断配电网多元负荷处于全局不平衡状态；M3是和分布电源型号、布置、容量有关的常数，M3＝0.88。
与现有技术相比较，本发明提供的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法的有益效果是：
1.本发明通过利用分布式电源分别接入配电网的多元有功负荷量和多元无功负荷量,以时间序列的方式获取动态平衡状态下和待检测状态下的负荷量数据,可以准确获取配电网在不同状态下的多元负荷信息,为后续平衡状态判断提供基础数据支撑。
2.本发明计算得到多元有功负荷量二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度,可以反映出有功负荷的波动和调节情况,根据有功谐振密集度的高低判断配电网多元负荷的有功平衡状态,实现了有功负荷平衡状态的准确检测。
3.本发明以多元无功负荷量为研究对象,计算得到横向适应度和纵向适应度,可以量化反映无功负荷在时间和空间维度上的协调性和一致性,通过峰谷适应度判断无功负荷的平衡状况,实现了无功负荷动态平衡状态的准确判断。
4.本发明建立了负荷二维变换图像中峰谷点偏移的量化模型,结合负荷畸变率指标,可以准确反映有功负荷和无功负荷在平衡状态下的协调性,避免了由单一指标造成的判断偏差,增强了检测结果的准确性和可靠性。
5.本发明采用的多元负荷平衡状态检测方法,可以实现对基于分布式电源的配电网在不同时间序列下有功负荷和无功负荷的动态平衡状态进行全面检测和判断,相对于现有技术具有判断准确、动态响应快等优点,能够有效解决现有技术中针对分布式电源接入情况下的配电网平衡检测结果不准确的技术问题,对配电网的安全经济运行具有重要意义。
6.本发明采用的技术手段简单可靠,计算过程清晰,数据来源丰富,不依赖复杂的传感器系统,实现成本低。
综上所述,本发明提供了一种新颖、先进的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法,可以准确判断配电网在不同时间下的负荷平衡状况,对保障配电网安全稳定运行具有重要价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种配电网多元负荷动态平衡状态检测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，是本发明提供的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法的流程图，本方法包含以下步骤：
S10、利用分布式电源分别接入配电网的多元有功负荷量和多元无功负荷量，获取指定时间序列下负荷动态平衡状态下的多元负荷量和待检测状态下的多元负荷量；
S20、计算多元有功负荷量的二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度，并根据得到的有功谐振密集度判断配电网多元负荷是否处于不平衡状态，记为第一状态；
S30、若第一状态为不平衡状态，则以配电网多元负荷动态不平衡为输出结果并结束后续步骤的执行；若第一状态为异常状态，在继续执行步骤S40；
S40、计算多元无功负荷量横向适应度和纵向适应度；
S50、根据得到的横向适应度和纵向适应度计算峰谷适应度，并根据得到的峰谷适应度判断配电网多元负荷是否处于平衡状态，记为第二状态；
S60、若第二状态为是，则以配电网多元负荷动态平衡为输出结果并结束后续步骤的执行；若第二状态为异常状态，则继续执行步骤S70；
S70、计算配电网多元无功负荷二维变换图像中峰谷点的横向偏移关系式和纵向偏移关系式以及配电网多元无功负荷二维变换图像峰谷点的多重匹配函数式；
S80、利用得到的偏移关系式和纵向偏移关系式以及多重匹配函数式计算负荷畸变率，并根据负荷畸变率判断配电网多元负荷是否处于平衡状态，将判断的结果输出。
其中，在上述技术方案中，指定时间序列为间隔时间为1秒～15秒的一段时间序列。
其中，在上述技术方案中，多元有功负荷量以及多元无功负荷量的二维变换图像的生成方法均为傅里叶级数拟合法。
其中，在上述技术方案中，计算多元有功负荷量的二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度的具体公式为：
其中，x和y分别为负荷峰谷点的横坐标和纵坐标，PZ(i,j)、PD(i,j)分别为配电网多元负荷平衡状态和待测状态的多元有功负荷量的二维变换图像位于(i,j)处的有功负荷量，i和j分别代表时间序列参数和配电网负荷种类序号，i、j均为正整数；t＝(t1 t2 ...tk)T表示时间序列，k表示时间序列的序号值，k取值为大于2的整数。
进一步的，在上述技术方案中，根据得到的有功谐振密集度判断配电网多元负荷是否处于不平衡状态的判断方法为：当C≤M1时判断配电网多元负荷处于不平衡状态；当C＞M1时判断配电网多元负荷处于平衡异常状态；其中，M1是和分布电源型号、布置、容量有关的常数,M1＝0.66。
其中，在上述技术方案中，计算多元无功负荷量横向适应度和纵向适应度的公式为：Qh＝|QZ(x+2k-1,y)-1.68log[QD(x-2k-1,y)]|；
Qv＝|1.68log[QZ(x,y+2k-1)]-QD(x,y-2k-1)|；
式中，Qh表示无功负荷量横向适应度，Qv表示无功负荷量纵向适应度；x、y分别代表无功负荷量的二维变换图中峰谷点的横、纵坐标，(x0,y0)为无功负荷量横向适应度Qh和纵向适应度Qv同时达到最大值时的峰谷点坐标。
进一步的，在上述技术方案中，计算峰谷适应度的公式为：
式中，D表示峰谷适应度，m,n为无功负荷量的二维变换图像中负荷波峰处向上取整的横坐标和纵坐标。
进一步的，在上述技术方案中，根据得到的峰谷适应度判断配电网多元负荷是否处于平衡状态的判断方法为：当D≤M2时判断配电网多元负荷处于平衡状态；当D＞M2时判断配电网多元负荷平衡处于异常状态；M2是和分布电源型号、布置、容量有关的常数，M2＝0.50。
其中，在上述技术方案中，计算配电网多元无功负荷二维变换图像中峰谷点的横向偏移关系式和纵向偏移关系式的公式为：
式中，M和N分别为多元无功负荷二维变换图像的最大负荷波峰点和最小负荷波谷点，fj与gj为第j个峰谷点距首个波峰点与波谷点的欧式距离；
所述配电网多元无功负荷二维变换图像峰谷点的多重匹配函数式的公式为：
所述计算负荷畸变率的公式为：
式中，(x0,y0)为二维变换图像首个负荷波峰点坐标，(xM,yM)和(xN,yN)分别为多元无功负荷二维变换图像最大负荷波峰点坐标和最小负荷波谷点坐标；QM表示无功负荷量的二维变换图中从初始点到最大负荷波峰点的互不重叠的窗口之间的最大强度差；QN表示无功负荷量的二维变换图中从初始点到最小负荷波谷点的互不重叠的窗口之间的最大强度差，Γ为最佳匹配值，其含义为二维变换图像的最佳尺寸值；E(N)、E(N)分别表示为从二维变换图像首个负荷波峰点到最大负荷波峰点、最小负荷波谷点的能量谱。
进一步的，在上述技术方案中，根据负荷畸变率判断配电网多元负荷是否处于平衡状态的方法为：当F≤M3时判断配电网多元负荷处于局部不平衡状态；当F＞M3时判断配电网多元负荷处于全局不平衡状态；M3是和分布电源型号、布置、容量有关的常数,M3＝0.88。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，包含以下步骤：
S10、利用分布式电源分别接入配电网的多元有功负荷量和多元无功负荷量，获取指定时间序列下负荷动态平衡状态下的多元负荷量和待检测状态下的多元负荷量；
S20、计算多元有功负荷量的二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度，并根据得到的有功谐振密集度判断配电网多元负荷是否处于不平衡状态，记为第一状态；
S30、若所述第一状态为不平衡状态，则以配电网多元负荷动态不平衡为输出结果并结束后续步骤的执行；若所述第一状态为异常状态，在继续执行步骤S40；
S40、计算多元无功负荷量横向适应度和纵向适应度；包括：
Qh＝|QZ(x+2k-1，y)-1.68log[QD(x-2k-1，y)]|；
Qv＝|1.68log[QZ(x，y+2k-1)]-QD(x，y-2k-1)|；
式中，Qh表示无功负荷量横向适应度，Qv表示无功负荷量纵向适应度；QZ、QD分别为配电网多元负荷平衡状态和待测状态的多元无功负荷量，x、y分别代表无功负荷量的二维变换图中峰谷点的横、纵坐标，(x0，y0)为无功负荷量横向适应度Qh和纵向适应度Qv同时达到最大值时的峰谷点坐标；
S50、根据得到的横向适应度和纵向适应度计算峰谷适应度，并根据得到的峰谷适应度判断配电网多元负荷是否处于平衡状态，记为第二状态；
所述计算峰谷适应度的公式为：
式中，D表示峰谷适应度，m,n为无功负荷量的二维变换图像中负荷波峰处向上取整的横坐标和纵坐标；
S60、若所述第二状态为是，则以配电网多元负荷动态平衡为输出结果并结束后续步骤的执行；若所述第二状态为异常状态，则继续执行步骤S70；
S70、计算配电网多元无功负荷二维变换图像中峰谷点的横向偏移关系式和纵向偏移关系式以及配电网多元无功负荷二维变换图像峰谷点的多重匹配函数式；包括公式为：
式中，M和N分别为多元无功负荷二维变换图像的最大负荷波峰点和最小负荷波谷点，fj与gj为第j个峰谷点距首个波峰点与波谷点的欧式距离；
所述配电网多元无功负荷二维变换图像峰谷点的多重匹配函数式的公式为：
计算负荷畸变率的公式为：
式中，(x0,y0)为二维变换图像首个负荷波峰点坐标，(xM,yM)和(xN,yN)分别为多元无功负荷二维变换图像最大负荷波峰点坐标和最小负荷波谷点坐标；QM表示无功负荷量的二维变换图中从初始点到最大负荷波峰点的互不重叠的窗口之间的最大强度差；QN表示无功负荷量的二维变换图中从初始点到最小负荷波谷点的互不重叠的窗口之间的最大强度差，Γ为最佳匹配值，其含义为二维变换图像的最佳尺寸值；E(N)、E(N)分别表示为从二维变换图像首个负荷波峰点到最大负荷波峰点、最小负荷波谷点的能量谱；
S80、利用得到的偏移关系式和纵向偏移关系式以及多重匹配函数式计算负荷畸变率，并根据负荷畸变率判断配电网多元负荷是否处于平衡状态，将判断的结果输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，所述指定时间序列为间隔时间为1秒～15秒的一段时间序列。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，所述多元有功负荷量以及多元无功负荷量的二维变换图像的生成方法均为傅里叶级数拟合法。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，所述计算多元有功负荷量的二维变换图像中负荷峰谷点处的有功谐振密集度的具体公式为：
其中，x和y分别为负荷峰谷点的横坐标和纵坐标，PZ(i,j)、PD(i,j)分别为配电网多元负荷平衡状态和待测状态的多元有功负荷量的二维变换图像位于(i,j)处的有功负荷量，i和j分别代表时间序列参数和配电网负荷种类序号，i、j均为正整数；t＝(t1t2...tk)T表示时间序列，k表示时间序列的序号值，k取值为大于2的整数。
5.根据权利要求4所述的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，所述根据得到的有功谐振密集度判断配电网多元负荷是否处于不平衡状态的判断方法为：当C≤M1时判断配电网多元负荷处于不平衡状态；当C＞M1时判断配电网多元负荷处于平衡异常状态；其中，M1是和分布电源型号、布置、容量有关的常数，M1＝0.66。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，所述根据得到的峰谷适应度判断配电网多元负荷是否处于平衡状态的判断方法为：当D≤M2时判断配电网多元负荷处于平衡状态；当D＞M2时判断配电网多元负荷平衡处于异常状态；M2是和分布电源型号、布置、容量有关的常数，M2＝0.50。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网多元负荷动态平衡状态检测方法，其特征在于，所述根据负荷畸变率判断配电网多元负荷是否处于平衡状态的方法为：当F≤M3时判断配电网多元负荷处于局部不平衡状态；当F＞M3时判断配电网多元负荷处于全局不平衡状态；M3是和分布电源型号、布置、容量有关的常数，M3＝0.88。
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