CN114709821A - 一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于谐波责任划分领域,提供了一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法及***,选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;基于诺顿等效模型,判断关注节点两侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在区段内取邻近关注节点的量测点,以邻近量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,利用谐波电压分量投影评估由该节点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果,相较于谐波状态估计方法极大降低了计算工作量。
Description
技术领域
本发明属于谐波责任划分领域,尤其涉及一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法及***。
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。
伴随分布式新能源和多种类负荷大规模接入传统电网,配用电网络的功能和形态发生显著变化,谐波污染问题愈发突显,与智能有源配电网对电能质量的高要求形成尖锐矛盾。因此,有必要对谐波扰动源集中接入地区进行扰动源定位与责任划分,为经济奖惩措施的实施及谐波的有效治理提供依据。
目前关于配电网谐波责任划分已有所研究,常用模型以公共耦合点(Point ofcommon coupling,PCC)为中心划分为***侧和用户侧,比较两侧对PCC点电压/电流畸变的贡献大小。“非干预式”评估方法作为主流方法,便于工程应用,主要分为功率法和阻抗法。在阻抗法中,针对用户侧阻抗估计,有参数辨识法,微分法等;针对***侧阻抗估计,有波动量法,回归法,盲源分离法和统计概率法等。
发明人发现,现有方法多数应用于用户侧为负荷的前提条件下,无法在有源配电网中完成阻抗估计。同时,由于成本限制,谐波量测装置分散地安装于配网中的PCC点,对于量测点两侧等效阻抗的估计难度更大,统一针对量测点的谐波责任量化方案也更为困难。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题,本发明提供一种适用于辐射状有源配电网的分区段谐波责任评估方法及***,其以量测点为界将配电网划分为区段,可任意选取单个量测点作为关注节点,利用配电***内所有量测点测量得到的相电压、相电流的相量数据,评估各区段对关注节点处各次谐波电压的谐波责任。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,包括如下步骤:
选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;
基于诺顿等效模型,利用谐波电压矢量投影评估关注节点***侧和用户侧区段的谐波责任;
判断关注节点***侧和用户侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在该区段内取邻近关注节点的量测点,以邻近量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,基于新的诺顿等效模型评估由邻近量测点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果。
本发明的第二个方面提供一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估***,包括:
诺顿等效模型构建模块用于选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;
责任评估模块用于基于诺顿等效模型,利用谐波电压矢量投影评估关注节点***侧和用户侧区段的谐波责任;
判断关注节点***侧和用户侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在该区段内取邻近关注节点的量测点,以邻近量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,基于新的诺顿等效模型评估由邻近量测点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备,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如上述所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明引入了谐波电压与电流间的耦合关系,仅基于各量测节点监测的相电压、相电流数据即可在各点建立诺顿等效电路,方法简单实用;
本发明的评估方法不受关注节点和量测装置布点的限制,对于辐射状配电网的任意量测配置方案、任意量测节点、任意谐波次数的评估需求,均能通过逐级划分区段评估谐波责任,具有极强的适应性和通用性;
本发明提出的方法以量测点为界,以区段为单位评估谐波责任,相较于谐波状态估计方法极大降低了计算工作量,为主要贡献源的识别提供了量化标准,根据区段对关注节点谐波贡献的大小,能够快速、准确的识别出主要谐波源的位置。
本发明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,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例一基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法流程图;
图2(a)-图2(b)是本发明实施例一基于谐波耦合导纳矩阵估计PCC点用户侧参数原理图;
图3(a)-图3(b)是本发明实施例一的区段划分示意图;
图4为本发明实施例一谐波责任划分原理图;
图5为本发明实施例一研究***的拓扑图;
图6(a)-图6(d)为本发明实施例一研究***的区段谐波责任评估结果。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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
本发明的整体方案的思路为:
首先任意选取单个安装同步相量量测装置的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型,利用关注节点测量得到的相电压、相电流相量数据回归得谐波耦合导纳矩阵,估计诺顿等效模型的用户侧和***侧等效参数;
然后,基于诺顿等效模型,利用谐波电压分量投影计算两侧区段在关注节点处的各次谐波责任;接着,在邻近关注节点的量测节点处分别建立诺顿等效模型,在已有区段中继续划分子区段,并评估由邻近量测点划分出的子区段的谐波责任;持续上述方法,通过量测装置的布点结构由近及远向配电网分支末端逐级划分区段,直至各子区段内都不包含量测点,输出各区段对关注节点的谐波贡献责任量化结果,评估运算结束。
如图1所示,本实施例提供了一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,包括如下步骤:
步骤1:在配电网内安装有量测装置的节点中,任意选取单个安装同步相量量测装置的节点,即选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;
作为一种或多种实施例,步骤1中,所述选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型,具体包括:
S101:所述诺顿等效模型如图2(a)所示,将关注节点靠近上一电压等级的一侧作为***侧(参数用S代指),靠近所在分支末端的一侧作为用户侧(参数用C代指);***侧和用户侧分别等效为一个理想电流源与一个理想阻抗并联的诺顿电路。
S102:利用关注节点的监测数据和诺顿电路得到用户侧等效参数和***侧等效参数,具体包括:
所述监测数据包括A、B、C三相的相电压相量、相电流相量,所述各量测点的监测数据均由同步相量量测装置同时采集。
取任意一相的相电压相量和相电流相量数据,对单相电压、电流数据分别进行傅里叶分析,得到电压和电流的单相各次谐波相量值;
(1)将监测数据划分为多个等时长的短时间区间,在单个时间区间内,基于广义线性复数域偏最小二乘法(widely linear complex partial least squares,WL-CPLS),由各次谐波电压相量和各次谐波电流相量计算用户侧谐波耦合导纳矩阵的参数。
所述各次谐波次数可根据关注需求进行任意选择。
每个时间区间包含不少于50个时间节点的谐波相量数据。
其中,元素表征第i次谐波电流相量;表征第j次谐波电压相量;Yi,j表征第j次谐波电压对第i次谐波电流的贡献程度,导纳阵的对角线元素Yi,i是自耦合元素,导纳阵的非对角线元素Yi,j(i≠j)是互耦合元素。H是参与建立耦合矩阵建立的典型谐波的最高次数。
如图2(b)所示,以建立PCC点处5次谐波电压下的诺顿等效电路为例,选取配电网中最典型的1、5、7、11、13次谐波建立谐波耦合导纳矩阵。其中,用户侧5次谐波等效阻抗ZC-5=1/Y5,5,用户侧5次谐波等效电流源
(2)在同一时间区间内,通过对关注节点的谐波电压、电流数据的回归拟合,计算关注节点***侧电流源和***侧阻抗参数。
S103:基于用户侧等效参数和***侧等效参数构建诺顿等效模型。
基于图2(a)所示的诺顿等效模型,PCC处的谐波问题由用户侧和***侧共同作用产生,由叠加法可分解如式(3)所示:
通过对式(3)的整理,假定该时间区间内***侧不发生波动,则***侧参数与PCC电压、电流的线性关系如式(4):
步骤2:利用谐波电压分量投影评估由该节点划分出的子区段的谐波责任;
作为一种或多种实施例,步骤2中,利用谐波电压分量投影评估由该节点划分出的子区段的谐波责任具体包括:根据所述***侧区段和用户侧区段在关注节点叠加产生的h次谐波电压的幅值和相角,计算***侧区段和用户侧区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标。
衡量用户侧在PCC点处产生的谐波责任指标,由h次谐波电压在PCC点的h次谐波总畸变电压的上的投影表示,如图4所示,若量化两侧的责任贡献,用户侧谐波源对PCC点的h次谐波电压的谐波贡献指标HIC-PCC-h为:
***侧的贡献量化指标HIS-PCC-h同理为:
步骤3:基于诺顿等效模型,判断关注节点两侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在区段内取关注节点的邻近量测点,以邻近量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,基于新的诺顿等效模型利用步骤2中谐波电压分量投影评估由该节点即关注节点的邻近量测点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果。
作为一种或多种实施例,步骤2中,在区段内取邻近关注节点的量测点,以邻近量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,包括:
检查***侧区段S和用户侧区段C内是否包含其他量测节点,若包含,则在区段内取邻近关注节点的量测点,以其为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,对于以邻近量测点为中心的诺顿等效模型,靠近上一电压等级的一侧作为***侧,靠近配网下游的一侧为用户侧。
所述以邻近量测点为中心的诺顿等效模型将所在区段进一步拆解为多个子区段,包含:邻近量测点与关注节点共同包围形成的子区段,邻近量测点至分支末端(上游接口)的子区段。
如图3(a)所示,第1级区段进一步被拆解为第2级子区段。区段C中有装置1和装置4邻近关注节点X,因此,分别以装置1和装置4为中心建立诺顿等效模型,将区段C进一步拆解为3个子区段:邻近量测点与关注节点共同包围形成的子区段C-1,邻近量测点至分支末端的子区段C-2和子区段C-3,其中,子区段C-2和子区段C-3分别为装置1和装置4的用户侧。
区段S中有装置2和装置3邻近关注节点X,因此区段S拆解的3个子区段包含:邻近量测点与关注节点共同包围形成的子区段S-1,邻近量测点至分支末端(上游接口)的子区段S-2和子区段S-3,其中,子区段S-2和子区段S-3分别为装置2和装置3的***侧。
分别由装置1-4处的电压、电流监测数据,在同一时间区间内用S102中的方法估计该处建立的诺顿等效模型的电路参数。
作为一种或多种实施例,所述子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案,具体包括:
邻近量测点至分支末端(上游接口)的子区段,该子区段在所述邻近量测点处的h次谐波责任占比指标乘以整个区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标,为该子区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标;
邻近量测点与关注节点共同包围形成的子区段,上一级区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标减去所有包含分支末端(上游接口)的子区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标,为该子区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标。以图3(a)为例,区段S-1的责任指标为:
由此,可计算得到第2级、共6个子区段对关注节点X的h次谐波责任。
如图3(a)所示,区段S-2、C-2、C-3中仍有量测点,因此还需开展第3级的区段划分。重复该流程直到所有量测点都成为区段的边界,如图3(b)所示,划分结束。每级都对新增的子区段的谐波责任进行计算,每一级区段划分及责任评估,都是将上一级划分出靠近分支末端的区段的谐波责任的进一步细化。
图5是某35kV变电站及其下游的拓扑结构及同步相量量测装置布点情况,图6(a)-图6(d)是运用本公开提出的方法评估区段责任的评估结果。
实施例二
本实施例提供一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估***,包括:
诺顿等效模型构建模块用于选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;
责任评估模块用于基于诺顿等效模型,利用谐波电压矢量投影评估关注节点***侧和用户侧区段的谐波责任;
判断关注节点***侧和用户侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在该区段内取邻近关注节点的量测点,以量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,基于新的诺顿等效模型评估由邻近量测点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备,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如上述所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory,RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;
基于诺顿等效模型,利用谐波电压矢量投影评估关注节点***侧和用户侧区段的谐波责任;
判断关注节点***侧和用户侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在该区段内取邻近关注节点的量测点,以量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,基于新的诺顿等效模型评估由邻近量测点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果。
2.如权利要求1所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,所述以关注节点为中心建立诺顿等效模型包括:
将关注节点靠近上一电压等级的一侧作为***侧,靠近所在分支末端的一侧作为用户侧;
利用关注节点的监测数据得到用户侧等效参数和***侧等效参数;
基于用户侧等效参数和***侧等效参数构建诺顿等效模型。
3.如权利要求2所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,所述利用关注节点的监控数据得到用户侧等效参数和***侧等效参数,具体包括:
将监控数据分为多个等时长的短时间区间,在单个时间区间内,由各次谐波电压和各次谐波电流回归得到用户侧谐波耦合导纳矩阵,根据用户侧谐波耦合导纳矩阵得到用户侧等效参数;
在同一时间区间内,通过对关注节点的谐波电压、电流数据的回归拟合,得到***侧等效参数。
4.如权利要求1所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,所述利用谐波电压矢量投影评估关注节点***侧和用户侧区段的谐波责任包括:根据所述***侧区段和用户侧区段在关注节点叠加产生的h次谐波电压的幅值和相角,计算***侧区段和用户侧区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标。
5.如权利要求1所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,所述在区段内取邻近关注节点的量测点,以量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,包括:
对于以邻近量测点为中心的诺顿等效模型,靠近上一电压等级的一侧作为***侧,靠近配网下游的一侧为用户侧;
所述以邻近量测点为中心的诺顿等效模型将所在区段进一步拆解为多个子区段,包含:邻近量测点与关注节点共同包围形成的子区段,邻近量测点至分支末端的子区段;
由邻近量测点处的监测数据估计该处诺顿等效模型的电路参数。
6.如权利要求1所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,所述子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案包括:邻近量测点至分支末端的子区段,该子区段在所述邻近量测点处的h次谐波责任占比指标乘以整个区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标,为该子区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标;
所述邻近量测点与关注节点共同包围形成的子区段,整个区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标减去所有包含分支末端的子区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标,为该子区段在所述关注节点处的h次谐波责任占比指标。
7.如权利要求3所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法,其特征在于,所述用户侧谐波耦合导纳矩阵通过各次谐波电压和各次谐波电流回归采用广义线性复数域偏最小二乘法计算得到。
8.一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估***,其特征在于,包括:
诺顿等效模型构建模块用于选择待评估谐波责任的节点作为关注节点,以关注节点为中心建立诺顿等效模型;
责任评估模块用于基于诺顿等效模型,利用谐波电压矢量投影评估关注节点***侧和用户侧区段的谐波责任;
判断关注节点***侧和用户侧区段内是否包含其他量测节点,若包含,则在该区段内取邻近关注节点的量测点,以量测点为中心在该区段内建立新的诺顿等效模型,基于新的诺顿等效模型评估由邻近量测点划分出的子区段的谐波责任,子区段的谐波责任根据子区段的类型选择对应的评估方案;否则输出所有区段对关注节点的责任评估结果。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法中的步骤。
10.一种计算机设备,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,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于有限量测的配电网分区谐波责任评估方法中的步骤。
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