一种用于配电网单点监测的谐波电压责任计算告警方法

摘要

本发明公开了一种用于配电网单点监测的谐波电压责任计算告警方法，包括以下步骤：1)获取监测点基本电能参数；2)采集监测点的谐波数据；3)数据筛选；4)谐波电压责任计算；5)阀值确定及告警。本发明方法通过分析监测点的谐波数据确定负荷侧的谐波电压责任，并给出告警阀值，有利于对关注馈线的谐波污染进行量化，区分系统侧与用户侧的谐波污染责任，从而便于专业人员开展针对性治理，提高电网的安全稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于配电网单点监测的谐波电压责任计算告警方法。

背景技术

现代电力电子技术发展迅速，大量非线性负载，如整流装置、电弧炉、变 频装置等在电力系统中得到了广泛地使用，谐波污染变得日益严重。为了有效 治理谐波问题，提高电能质量，需要分析确定电力系统中的谐波分布，寻找到 谐波污染的源头，并且合理区分各谐波源引发的谐波污染责任。

目前，基于单点监测的谐波源识别与责任划分的研究归结于如何计算系统 的谐波阻抗与背景谐波，主要包括“干预式”方法和“非干预式”方法。“干 预式”方法需要向电网中注入谐波电流或改变系统的拓扑结构来确定谐波阻 抗，但这种方法会对系统的运行造成不良的影响，在工程实际中有必要的限制。 “非干预式”方法则是利用公共连接点PCC处的量测参数来估计谐波阻抗和背 景谐波，该类方法对系统的运行不构成影响，成为目前谐波源定位和责任划分 研究的一个重要方向。

近年来，线性回归法成为常用的“非干预式”方法，针对具体问题，依据 等值电路构造相应的线性回归方程进行求解。常见的线性回归法有：二元线性 回归方法、稳健回归法、偏最小二乘回归法、复线性最小二乘法。无论是哪种 回归算法，都是基于监测点的谐波数据，实际工程中，一般可量测得到谐波电 压与电流的幅值，但而无法获取相角信息，如何仅仅利用幅值来确定谐波责任 是工程中比较关注的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提出一种用于配电网单点监测的谐波 电压责任计算告警方法，利用监测点的谐波电压与电流的幅值数据进行谐波 电压责任量化，并给出谐波电压责任的阀值，便于专业人员开展后期针对性 治理。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于配电网单点监测的谐波电压责任计算告警方法，其特征是包括 下述步骤：

1)获取监测点基本电能参数：包括母线标称电压U_N、馈线客户报装协 议容量S_i及母线总容量S；

2)采集监测点的谐波数据：包括谐波电压与谐波电流数据；

3)数据筛选：对所述步骤2)采集的谐波数据进行筛选，形成满足要求 的样本数据组；

4)谐波电压责任计算：基于所述步骤3)中的样本数据组，形成谐波电 压与谐波电流的线性方程，通过最小二乘线性回归方法求解出回归参数，确 定谐波电压责任；

5)阀值确定及告警：对所述步骤1)中的基本电能参数进行计算，确定 谐波电压责任的告警阀值，将阀值与步骤4)中求得的值比较，给出相应等 级的告警。

本发明步骤1)中，获取监测点基本电能参数的具体流程为：

根据监测点的实际情况，确定馈线接入的母线标称电压和母线所接负荷 的总容量，基于下级负荷的用户情况确定其用电的报装协议容量

本发明步骤2)中，采集监测点的谐波数据的具体流程为：

采集监测点一段时间内的谐波电压幅值与谐波电流幅值数据，将相同时 间点的数据两两配对，形成多组数据对；数据组形式如下：

$\begin{array}{c}{I}_h\left(1\right),U_h\left(1\right)\\ I_h\left(2\right),U_h\left(2\right)\\ .\\ .\\ .\\ I_h\left(m\right),U_h\left(m\right)\end{array};$

式中，U_h表示谐波电压幅值，I_h表示谐波电流幅值，m表示采集到的数 据组数。

本发明步骤3)中，数据筛选的具体流程为：

基于步骤2)中采集的数据组，对其按下式处理：

$\mu =\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\Sigma }}{I}_h\left(k\right)$

${\sigma }^2=\frac{1}{m-1}\underset{k=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\left|I_h-\mu \right|}^2;$

式中，μ为谐波电流幅值的均值，α²是谐波电流幅值的方差；

对于满足下式的第k组电流，保留该组电压和电流数据为样本数据组；

$\frac{|I_h\left(k\right)-\mu |}{\sigma }\le \alpha ;$

式中，α为样本系数。

本发明步骤4)中，谐波电压责任计算的具体流程为：

4-1)基于所述步骤3)中筛选出的n组样本数据，代入下式：

U_h＝A·I_h+B；

4-2)通过下式求解出A和B：

$S(A,B)=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(U_h\left(k\right)-(A·I_h(k)-B))}^2$

$\frac{\partial S(A,B)}{\partial A}=0$

$\frac{\partial S(A,B)}{\partial B}=0;$

4-3)馈线谐波电压责任计算公式如下：

$T=\frac{A·I_h}{U_h}.$

本发明步骤5)中，阀值确定及告警的具体流程为：

5-1)基于所述步骤1)中的电能参数进行计算，确定谐波电压责任的告 警阀值：

$T_1={\left(\frac{S_i}{S}\right)}^{\frac{1}{a}}$

T₂＝kT₁；

式中，a为相位叠加系数，按下表取值；k为阀值系数，如下取值：

当h取值分别为3、5、7、11、13和9∣＞13∣偶次时，

a的取值分别为一一相对应的：1.2、1.2、1.4、1.8、1.9和2；

h 3 5 7 11 13 9∣＞13∣偶次 a 1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

h 3 5 7 11 13 15 17 19 21 23 25 k 2.8 1.7 1.6 2.8 1.64 1.64 2.7 1.47 1.63 2.76 1.62

5-2)将阀值与步骤4)中求得的值比较，给出相应等级的告警；

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明有利于实际工程的应用，根据本发明所提出的谐波电压责任计算 方法，可快速准确地确定馈线的谐波电压责任，通过阀值可判定馈线的谐波 电压责任是否超标，对于谐波超标程度不同的馈线采取相应的措施。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实例中电能质量监测点位置。

具体实施方式

下面结合图1，以一个实例对本发明的技术方案做进一步的说明。

步骤1)：获取监测点基本电能参数，包括母线标称电压U_N，馈线客户 报装协议容量S_i及母线的总容量S。

U_N＝10kV

S＝50MVA

S_i＝18600kVA；

步骤2)：采集监测点的谐波数据，采集电能质量监测点的谐波电压与谐 波电流数据，监测点位置如图2。

下表为某个时间段内采集到的5次谐波电压与谐波电流数据。

数据序号 谐波电压 谐波电流 1 41.0996 5.0636 2 41.1873 5.4449 3 40.817 5.2229 4 40.541 5.1666 5 41.9485 5.3967 6 41.5 5.5684 7 42.4536 5.4113 8 40.3106 4.9746 9 39.095 4.5486 10 38.729 4.4472 11 40.748 4.8374 12 42.1382 5.6638 13 45.868 6.703 14 47.1952 7.6843 15 50.0034 8.4617 16 50.286 9.0226

17 52.3084 9.4238 18 52.1215 9.7168 19 53.5807 9.8206 20 52.3349 9.5375

；

步骤3)：数据筛选，对所述步骤2)采集的谐波数据进行筛选，形成满 足要求的样本数据组。

$\mu =\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\Sigma }}{I}_h\left(k\right)=6.6058$

${\sigma }^2=\frac{1}{m-1}\underset{k=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\left|I_h-\mu \right|}^2=3.9078$

取样本系数α＝0.8，筛选出的样本数据组如下表。

数据序号 谐波电压 谐波电流 13 45.868 6.703 12 42.1382 5.6638 6 41.5 5.5684 14 47.1952 7.6843 2 41.1873 5.4449 7 42.4536 5.4113 5 41.9485 5.3967 3 40.817 5.2229 4 40.541 5.1666 1 41.0996 5.0636

步骤4)：谐波电压责任计算，基于所述步骤3)中的样本数据组，形成 谐波电压与谐波电流的线性方程，通过最小二乘线性回归方法求解出回归参 数，确定谐波电压责任。

求解结果如下：

A＝2.6358

B＝27.3649；

对应的谐波电压责任如下表：

数据序号 谐波电压 谐波电流 谐波电压责任 1 41.0996 5.0636 0.3247 2 41.1873 5.4449 0.3484 3 40.817 5.2229 0.3372 4 40.541 5.1666 0.3359 5 41.9485 5.3967 0.3391 6 41.5 5.5684 0.3536 7 42.4536 5.4113 0.3359 8 40.3106 4.9746 0.3253 9 39.095 4.5486 0.3066 10 38.729 4.4472 0.3026 11 40.748 4.8374 0.3129 12 42.1382 5.6638 0.3543 13 45.868 6.703 0.3852

14 47.1952 7.6843 0.4291 15 50.0034 8.4617 0.4460 16 50.286 9.0226 0.4729 17 52.3084 9.4238 0.4748 18 52.1215 9.7168 0.4913 19 53.5807 9.8206 0.4831 20 52.3349 9.5375 0.4803

步骤5)：阀值确定及告警，对所述步骤1)中的电能参数进行计算，确 定谐波电压责任的告警阀值，将阀值与步骤4)中求得的值比较，给出相应 等级的告警。

$T_1={\left(\frac{S_i}{S}\right)}^{\frac{1}{a}}={\left(\frac{18.6}{50}\right)}^{\frac{1}{1.2}}=0.44$

T₂＝kT₁＝1.7×0.44＝0.75

通过比较阀值，可得出1～14号数据在正常范围内，15～20号数据做出一 级告警。