一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法

摘要

本发明提供一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法，包括：估算系统h次谐波阻抗

说明书

技术领域

本发明涉及谐波领域，尤其涉及一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法。

背景技术

谐波问题是电能质量问题的一个重要方面，随着电力电子技术的发展，在各种电力电子技术的基础上发展起来的非线性设备，如整流器、逆变器及各种开关电源等，迅速普及并广泛使用。这些非线性设备向电网注入了大量的谐波电流，导致电网中的电压和电流都产生了严重的畸变，从而造成公用电网功率损耗的增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热等，特别是三次谐波会产生非常大的中性线电流，使得配电变压器的零线电流甚至超过相线电流，造成设备的不安全运行。谐波对公用电网的影响还表现在可能引起电网发生谐振，使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等。为了控制公用电网中的谐波污染，目前国际上提出了一种“奖惩性方案”。它的基本思想是系统与用户在额定的范围内正常交易，如果系统不能保证供电质量，用户应当得到赔偿；如果用户的污染指标恶化，则系统在保证向用户正常供电的前提下，收取额外的惩罚费用，当然在用户吸收系统中额外谐波功率情况下，系统应当给予一定的补偿和鼓励。

“奖惩性方案”实施的前提需要合理地分清用户和系统对公共连接点电能质量恶化的责任,并且能量化用户的污染功率。目前针对单谐波源的责任划分的情形，进行了大量研究。然而，针对多谐波源的责任划分情形相对较少，主要采用的是参数估计的方法对多谐波源责任进行划分。具体的，请参看图1，所示为PCC处h次谐波电压投影示意图。由图1中的投影关系可得，PCC处谐波电压叠加关系为表示为标量的形式为：$\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcc}^h\right|=\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcc0}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcci}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_i=\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcc0}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|Z_{si}^h{\stackrel{·}{I}}_{cpcci}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_i,$式中为PCC点h次谐波电压、为系统侧单独作用时在PCC处产生的谐波电压、为谐波源用户i单独作用时在PCC处产生的谐波电压、为理论电流、为系统侧h次谐波阻抗、为除谐波源i以为的其他谐波源以及系统侧的并联谐波阻抗、θ₀为与的相位夹角、θ_i为与的相位夹角。由于理论电流难以直接获得，因此，通常情况下，利用实际电流代替理论电流则上式可表示为$\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcc}^h\right|=\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcc0}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|Z_{si}^h{\stackrel{·}{I}}_{pcci}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_i=\left|{\stackrel{·}{V}}_{pcc0}^h\right|·{\mathrm{cos\theta }}_0\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|Z_{si}^h\right|{\mathrm{cos\theta }}_i·\left|{\stackrel{·}{I}}_{pcci}^h\right|.$将其中的视为自变量，视为因变量，利用参数估计的方法估计参数和的值，并分别记为及现有的参数估计方法主要为基于M估计的稳健回归法，偏最小二乘法以及最小二乘法。最后，根据公式计算各个谐波源用户的谐波责任，根据公式计算系统侧的谐波责任。

理论电流和实际电流的关系式如下：${\stackrel{·}{I}}_{pcci}^h={\stackrel{·}{I}}_{cpcci}^h-\underset{j=1,j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}{\stackrel{·}{I}}_{pcci\_j}^h-{\stackrel{·}{I}}_{pcci\_0}^h,$式中为系统谐波源单独作用于PCC处时流过谐波源i对应的馈线的谐波电流，为谐波源用户j(j≠i)单独作用于PCC处时流过谐波源i对应的馈线的谐波电流。当谐波理论电流和实际电流具有变化趋势上的一致性时，利用实际电流代替理论电流对谐波源馈线的谐波责任进行评估具有较高的精度。即当各谐波源的谐波发射水平比较高时，的值较大，可忽略的影响，从而符合谐波理论电流和实际电流具有变化趋势上的一致性特点，获得的估算精度较理想。但是，当某馈线谐波源的谐波发射水平较低时，的值较小，此时用实际电流代替理论电流而完全忽略的影响，则该馈线谐波理论电流和实际电流的一致性将受到削弱，导致该谐波源的责任评估精度降低。

发明内容

本发明提供一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法，以解决现有技术中谐波源的责任评估精度低的技术问题。

本发明提供一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法，所述基于实测数据的多谐波源责任划分方法包括：

分别获取系统和谐波源用户的基波电流、各次谐波电流、基波电压和各次谐波电压；

根据PCC处的短路容量S_k和额定电压V_N估算系统h次谐波阻抗

根据系统基波电压和系统基波电流估算谐波源用户i的谐波阻抗

将待测谐波源用户k等效为用户侧，将除待测谐波源用户k以外的其他谐波源用户及系统等效为系统侧，并根据所述系统h次谐波阻抗和所述除待测谐波源用户k以外的其他谐波源用户的谐波阻抗获取系统侧谐波阻抗

根据所述谐波源用户的谐波阻抗和系统侧谐波阻抗获取系统侧单独作用于PCC处的谐波电压和用户侧单独作用于PCC处的谐波电压

根据所述和所述在PCC处母线谐波电压上的投影值获取用户侧的谐波源责任。

优选的，所述获取系统和谐波源用户的基波电流、各次谐波电流、基波电压和各次谐波电压包括：

基于电能质量测试装置获取PCC处谐波电流测量值和电压测量值其中，i＝0,1,2,…,n，当i＝0时，为系统电流；当i＝1,2,…,n时，为谐波源用户电流；

将所述PCC处谐波电流测量值和所述电压测量值进行傅立叶分解，获取各馈线的电流和电压其中，i＝0,1,2,…,n，当i＝0，且h＝0时，为系统基波电流，当i＝0，且h＞0时，为系统谐波电流，当i＝1,2,…,n，且h＝0时，为谐波源用户的基波电流，当i＝1,2,…,n，且h＞0时，为谐波源用户的谐波电流；当h＝0时，为PCC处的基波电压，当h＞0时，为PCC处的谐波电压。

优选的，所述根据所述和所述在PCC处母线谐波电压上的投影值获取用户侧的谐波源责任包括：

根据所述和所述在PCC处母线上的投影关系分别获取用户和系统的投影值和

根据公式${\lambda }_i=\frac{{\left(V_{c-pcci}^h\right)}^2+{\left(V_{pcc}^h\right)}^2-{\left(V_{s-pcci}^h\right)}^2}{2{(V_{sf-pcc0}^h+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_{cf-pcci}^h)}^2}\times 100\%$获取用户侧的谐波源责任。

优选的，根据所述谐波源用户i的谐波阻抗和系统侧谐波阻抗获取系统侧单独作用于PCC处的谐波电压和用户侧单独作用于PCC处的谐波电压包括：

根据公式获取系统侧单独作用于PCC处的谐波电压；

根据公式获取用户侧单独作用于PCC处的谐波电压，其中，α为谐波求和指数。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法，所述基于实测数据的多谐波源责任划分方法包括：分别获取系统和谐波源用户的基波电流、各次谐波电流、基波电压和各次谐波电压；根据PCC处的短路容量S_k和额定电压V_N估算系统h次谐波阻抗根据系统基波电压和系统基波电流估算谐波源用户i的谐波阻抗将待测谐波源用户k等效为用户侧，将除待测谐波源用户k以外的其他谐波源用户及系统等效为系统侧，并根据所述系统h次谐波阻抗和所述除待测谐波源用户k以外的其他谐波源用户的谐波阻抗获取系统侧谐波阻抗根据所述谐波源用户i的谐波阻抗和系统侧谐波阻抗获取系统侧单独作用于PCC处的谐波电压和用户侧单独作用于PCC处的谐波电压根据所述和所述在PCC处母线谐波电压上的投影值获取用户侧的谐波源责任。本发明提供的多谐波源责任划分方法以实测数据为基础，不需考虑谐波源等值电流源的取值大小，适用范围更广，可靠性强。此外，谐波责任最终的划分的结果也能确保同步性。因此，本发明提供一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法，可以解决现有技术中谐波源的责任评估精度低的技术问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的参数估计法中PCC处h次谐波电压投影示意图；

图2是本发明实施例中提供的基于实测数据的多谐波源责任划分方法的方法流程图；

图3是本发明实施例中提供的系统侧和用户侧诺顿等效电路；

图4是本发明实施例中提供的h次谐波电压投影示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

请参看图2，所示为本发明实施例中提供的基于实测数据的多谐波源责任划分方法的方法流程图。

由图2可知，本发明提供一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法，所述基于实测数据的多谐波源责任划分方法包括：

分别获取系统和谐波源用户的基波电流、各次谐波电流、基波电压和各次谐波电压；

根据PCC处的短路容量S_k和额定电压V_N估算系统h次谐波阻抗

根据系统基波电压和系统基波电流估算谐波源用户i的谐波阻抗

将待测谐波源用户i等效为用户侧，将除待测谐波源用户i以外的其他谐波源用户及系统等效为系统侧，并根据所述系统h次谐波阻抗和所述谐波源用户i的谐波阻抗获取系统侧谐波阻抗

根据所述谐波源用户的谐波阻抗和系统侧谐波阻抗获取系统侧单独作用于PCC处的谐波电压和用户侧单独作用于PCC处的谐波电压

根据所述和所述在PCC处母线谐波电压上的投影值获取用户侧的谐波源责任。

进一步，分别获取系统和谐波源用户的基波电流、各次谐波电流、基波电压和各次谐波电压包括：基于电能质量测试装置获取PCC处谐波电流测量值和电压测量值其中，i＝0,1,2,…,n，当i＝0时，为系统电流；当i＝1,2,…,n时，为谐波源用户电流；将所述PCC处谐波电流测量值和所述电压测量值进行傅立叶分解，获取各馈线的电流和电压其中，i＝0,1,2,…,n，当i＝0，且h＝0时，为系统基波电流，当i＝0，且h＞0时，为系统谐波电流，当i＝1,2,…,n，且h＝0时，为谐波源用户的基波电流，当i＝1,2,…,n，且h＞0时，为谐波源用户的谐波电流；当h＝0时，为PCC处的基波电压，当h＞0时，为PCC处的谐波电压。

所述根据PCC处的短路容量S_k和额定电压V_N估算系统h次谐波阻抗具体为：利用公式估算系统基波阻抗则系统h次谐波阻抗为

根据系统基波电压和系统基波电流估算谐波源用户i的谐波阻抗具体为：在较小的时间段内，视用户谐波阻抗基本不变，则基于系统基波电压和系统基波电流估算用户基波阻抗的公式为其中，为用户基波电阻，为用户基波感抗。若将负荷等效为串联模型，则对应的谐波源用户i的谐波阻抗近似为$Z_{ci}^h=R_{ci}^0+{\mathrm{jhX}}_{ci}^0.$

请参看图3，所示为本发明实施例中提供的系统侧和用户侧诺顿等效电路。

由图3可知，将待测谐波源用户k等效为用户侧，将除待测谐波源用户k以外的其他谐波源用户及系统等效为系统侧，并根据所述系统h次谐波阻抗和所述除待测谐波源用户k以外的其他谐波源用户的谐波阻抗获取系统侧谐波阻抗具体公式如下：

$Z_{si}^h=\frac{1}{1/Z_{s0}^h+\underset{j=1,j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}1/Z_{cj}^h}.$

根据所述谐波源用户的谐波阻抗和系统侧谐波阻抗获取系统侧单独作用于PCC处的谐波电压和用户侧单独作用于PCC处的谐波电压

具体的，根据叠加原理得到关注谐波源用户i对应的等效系统侧单独作用于PCC处的谐波电压为关注谐波源用户i单独作用于PCC处的谐波电压为考虑到通过本文基于短路容量以及相应的基波电压和电流分量估算基波阻抗，再根据基波阻抗估算谐波阻抗。和估算结果中更接近理论值，因此本步骤中根据式计算关注谐波源用户i对应的等效系统侧单独作用时在PCC处产生的谐波电压的幅值

谐波源单独作用时在PCC处产生的谐波电压难以直接获得，因此，采用谐波叠加的第二求和法则，根据式进行求解，式中，U_h为所考虑的一组谐波源(概率统计值)计算出的(第h次)合成谐波电压的值，U_hi为要进行合成的各单个谐波电压(第h次)的值；α为谐波求和指数。

请参看表1，表1为谐波求和指数α的取值表。谐波求和指数α的取值主要取决于两个因素：①对不超过计算值的实际值所选择的概率值；②各次谐波电压的幅值和相位随机变化的程度。则谐波源用户i单独作用于PCC处的谐波电压$V_{s-pcci}^h={[{\left(V_{pcc}^h\right)}^{\alpha }-{\left(V_{c-pcci}^h\right)}^{\alpha }]}^{1/\alpha }.$

表1：谐波求和指数α的取值表

α谐波次数1h＜51.45≤h≤102h＞10

请参看图4，所示为本发明实施例中提供的h次谐波电压投影示意图。

由图4可知，根据所述和所述在PCC处母线谐波电压上的投影值可以获取用户侧的谐波源责任。即根据所述和所述在PCC处母线上的投影关系分别获取用户和系统的投影值和计算公式分别为：

$V_{cf-pcci}^h=V_{c-pcci}^h{\mathrm{cos\beta }}_{i2}=\frac{{\left(V_{c-pcci}^h\right)}^2+{\left(V_{pcc}^h\right)}^2-{\left(V_{s-pcci}^h\right)}^2}{2V_{pcc}^h};$

$V_{sf-pcc0}^h=V_{s-pcc0}^h{\mathrm{cos\beta }}_{i1}=\frac{{\left(V_{s-pcc0}^h\right)}^2+{\left(V_{pcc}^h\right)}^2-{\left(V_{c-pcc0}^h\right)}^2}{2V_{pcc}^h};$

$Z_{c0}^h=\frac{1}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}1/Z_{cj}^h},V_{s-pcc0}^h=\frac{Z_{c0}^h}{Z_{s0}^h+Z_{c0}^h}{\stackrel{·}{V}}_{pcc}^h,V_{c-pcc0}^h={\stackrel{·}{V}}_{pcc}^h-{\stackrel{·}{V}}_{s-pcc0}^h.$

谐波源用户i的谐波责任为：${\lambda }_i=\frac{V_{cf-pcci}^h}{V_{pcc}^h}\times 100\%=\frac{{\left(V_{c-pcci}^h\right)}^2{\left(V_{pcc}^h\right)}^2+{\left(V_{s-pcci}^h\right)}^2}{2{\left(V_{pcc}^h\right)}^2}\times 100\%.$考虑到的估算结果有一定的误差，并不能确保式恒成立，为了使最终的谐波责任划分结果满足这里利用代替则用户侧的谐波源责任为：${\lambda }_i=\frac{{\left(V_{c-pcci}^h\right)}^2+{\left(V_{pcc}^h\right)}^2-{\left(V_{s-pcci}^h\right)}^2}{2{(V_{sf-pcc0}^h+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_{cf-pcci}^h)}^2}\times 100\%.$

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。