一种基于电网谐波分析进行预警的方法及系统与流程

本发明涉及数据分析，并且更具体地，涉及一种基于电网谐波分析进行预警的方法及系统。

背景技术：

1、传统电网谐波分析计算通常采用oti公司所开发的etap仿真软件，etap仿真软件可以提供全图形的用户界面，以最简洁的方式建立单线图、阻抗图、分析计算图等100多种不同的图形。利用用户界面的编辑工具条，可以对元件、图形以及界面进行编辑与更改，点击元件后可直接输入元件的各类参数、属性及运行状态等。etap软件还具有强大的计算分析和设计功能，可以进行潮流计算、短路计算、继电保护配合、谐波分析、暂态分析、电机起动分析、接地网设计和低压配电系统的设计等。计算分析后可将分析结果以直接显示、文本报告的形式、曲线的形式等多种形式直观地输出。etap仿真软件其良好的人机界面、强大的计算分析和设计功能、直观简单的电气操作等优点在国内电力系统行业中得到广泛应用。

2、现阶段，基于etap仿真软件的谐波分析计算仍是国内进行电网谐波仿真计算的主流方法，但随着国内电网的容量及节点数量不断增加，电力系统的结构与运行工况越来越复杂，具有节点数量限制的etap谐波计算方法需对边界等值后方可进行计算分析。基于单时间断面的etap谐波计算无法覆盖全网全工况，谐波潮流计算精确度低，从而难以支撑支谐波运行风险评估、水平预测、事故复现以及溯源分析；同时，随着国内电力系统分析数字仿真平台的快速发展，adpss、psd-bpa、psasp已成为国内电力系统试验研究、规划设计和调度运行的重要工具，etap仿真软件与以上国内电力系统分析软件无法联动，亟需攻克国内新型电力系统的谐波仿真分析及运行风险评估技术难点。

3、现有技术的电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法包括：搭建etap电网模型：利用电力系统分析软件psasp、bpa的短路计算及等值计算功能，计算等值边界点的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比x/r或正序、负序、零序阻抗等，对etap电网模型以外的电网进行等值，并对研究区域电网中发电机、双/三绕组变压器、输电线路以及常规负荷进行建模，输入相应模型的参数、接地方式及变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接。

4、潮流计算及潮流计算结果比对：对已搭建的etap 电网模型进行潮流计算，将潮流计算结果与已有的规划电网潮流计算结果进行比对，保证结果比对误差低于0.5%，若不满足，则按照结果报错返回调试etap电网模型。

5、搭建牵引站负荷模型：再次进行基波潮流计算，所搭建etap电网模型调试完毕。

6、谐波分析计算：运用谐波分析模块进行谐波计算的过程中，首先进行谐波计算设置，在所述谐波计算设置中，需要在信息属性中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长，在画图属性中选择所需输出计算结果的设备，报警属性页中设置边界限制，进行谐波分析计算，并查看仿真结果。

7、现有技术中电网元件建模精度低：电网元件建模未考虑不同元件的频变阻抗特性，影响模型计算精度。

8、谐波潮流计算范围受限，计算结果可靠性低：对所需研究电网边界进行等值，是基于某一特定方式下单一时间断面、单一谐波源的电网运行工况进行简化等值，无法体现源网荷深度耦合对电网的影响，计算范围无法覆盖全网全工况，从而导致潮流计算准确度低，计算结果可靠性较差。

9、混合使用国内外仿真软件，数据不兼容，系统不联动，计算时长不可控：利用etap仿真软件进行谐波分析计算前，需要先通过国内bpa、psasp电力系统仿真分析软件进行短路电流计算/等值计算，由于系统无法联动，故需要分别在两套软件平台上对电网进行人工建模，流程冗余繁杂，增加了谐波分析计算的难度。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种基于电网谐波分析进行预警的方法，包括：

2、获取与电网在线运行相关联的实时运行状态数据，基于所述实时运行状态数据，生成状态估计数据，并获取在线谐波监测数据；

3、基于在线谐波监测数据中的多个属性和多个种类的谐波源的谐波发射特性，利用线性回归方法对所述在线谐波监测数据进行拟合，得到每个监测点的谐波发射特征，将谐波发射特征与多种谐波源的谐波发射特性进行比对以获得识别结果，并结合由所述状态估计数据确定的电网拓扑模型确定谐波源所在的母线节点，再利用谐波监测类型属性对识别结果进行校核，从而识别得到谐波源；获取带有时间戳的谐波源监测数据，基于在线多维索引模糊匹配方式，将所述带有时间戳的谐波源监测数据与状态估计数据进行匹配，生成数据映射关系；

4、其中，所述在线多维索引模糊匹配方式，包括：以所述谐波源的监测点接入的母线名称、电压等级以及所述时间戳构建多维索引键；在所述谐波源监测数据与所述状态估计数据属于同一时间断面的条件下，基于所述母线名称与电压等级，对所述状态估计数据与所述谐波源监测数据进行模糊查询匹配；

5、基于所述数据映射关系，进行谐波源在线建模，生成电网谐波分析模型；

6、基于所述电网谐波分析模型进行谐波潮流计算，以获得谐波潮流计算结果，将计算结果与允许限值进行比较，基于比较的结果，确定是否对电网谐波进行预警。

7、优选的，还包括，基于所述状态估计数据进行基波潮流计算，并且通过牛顿法迭代对基波潮流计算进行求解。

8、优选的，方法还包括：在识别得到谐波源之后，针对谐波源监测数据进行数据处理，包括：

9、根据同一变电站内谐波潮流的衰减规律，对所述谐波源监测数据中的无效数据进行数据清洗；

10、数据清洗完成后，确定所述谐波源监测数据是否缺失关键节点数据，若是缺失，则用相同电压等级且相同设备属性的统计量数据，补全缺失的关键节点数据；

11、其中，所述无效数据，包括：谐波源监测数据中不满足同一变电站内谐波潮流的衰减规律的监测数据。

12、优选的，还包括，根据电网连接点pcc点的电压等级选择pcc点的基准短路容量，并通过单个用户协议容量以及pcc点供电容量的比例关系，动态调整允许限值。

13、优选的，将计算结果与允许限值进行比较，包括：

14、将计算结果中的谐波电流值、电压含有率值与总畸变率值，分别与各自对应的允许限值进行比较，并确定所述谐波电流值、电压含有率值与总畸变率值是否满足各自对应的允许限值的要求。

15、优选的，若pcc点的基准短路容量不同于pcc点的最小短路容量时，则对允许限值中的谐波电流限值进行换算，公式如下：

16、

17、其中：为pcc点的最小短路容量，为pcc点的基准短路容量，为第次谐波电流的允许值，为经换算的第h次谐波电流的允许值；

18、其中，根据每个用户在同一电网连接点pcc点的协议容量与供电设备容量，动态调整同一电网连接点pcc点的每个用户向电网注入的谐波电流的限值；

19、其中，在同一电网连接点pcc点的第个用户的第次谐波电流的限值的计算公式如下：

20、

21、其中：为第个用户的用电协议容量，为公共连接点的供电设备容量，为相位迭加系数。

22、优选的，所述在线多维索引模糊匹配方式，还包括：对所述模糊查询匹配中无法匹配的监测点，辅以电压等级进行验证；匹配成功后，以所述状态估计数据中的母线id号作为对应母线节点的唯一标识，建立所述谐波源监测数据与所述状态估计数据之间的数据映射关系。

23、根据本发明的另一方面，提出一种基于电网谐波分析进行预警的系统，包括：

24、数据采集单元，用于获取与电网在线运行相关联的实时运行状态数据，基于所述实时运行状态数据，生成状态估计数据，并获取在线谐波监测数据；

25、匹配单元，用于基于在线谐波监测数据中的多个属性和多个种类的谐波源的谐波发射特性，利用线性回归方法对所述在线谐波监测数据进行拟合，得到每个监测点的谐波发射特征，将谐波发射特征与多种谐波源的谐波发射特性进行比对以获得识别结果，并结合由所述状态估计数据确定的电网拓扑模型确定谐波源所在的母线节点，再利用谐波监测类型属性对识别结果进行校核，从而识别得到谐波源；获取带有时间戳的谐波源监测数据，基于在线多维索引模糊匹配方式，将所述带有时间戳的谐波源监测数据与状态估计数据进行匹配，生成数据映射关系；

26、其中，所述在线多维索引模糊匹配方式，包括：以所述谐波源的监测点接入的母线名称、电压等级以及所述时间戳构建多维索引键；在所述谐波源监测数据与所述状态估计数据属于同一时间断面的条件下，基于所述母线名称与电压等级，对所述状态估计数据与所述谐波源监测数据进行模糊查询匹配；

27、建模单元，用于基于所述数据映射关系，进行谐波源在线建模，生成电网谐波分析模型；

28、预警单元，用于基于所述电网谐波分析模型进行谐波潮流计算，以获得谐波潮流计算结果，将计算结果与允许限值进行比较，基于比较的结果，确定是否对电网谐波进行预警。

29、优选的，还包括计算单元，用于基于所述状态估计数据进行基波潮流计算，并且通过牛顿法迭代对基波潮流计算进行求解。

30、优选的，所述匹配单元还用于：在识别得到谐波源之后，针对谐波源监测数据进行数据处理，

31、所述匹配单元还用于：

32、根据同一变电站内谐波潮流的衰减规律，对所述谐波源监测数据中的无效数据进行数据清洗；

33、数据清洗完成后，确定所述谐波源监测数据是否缺失关键节点数据，若是缺失，则用相同电压等级且相同设备属性的统计量数据，补全缺失的关键节点数据；

34、其中，所述无效数据，包括：谐波源监测数据中不满足同一变电站内谐波潮流的衰减规律的监测数据。

35、优选的，还包括，根据电网连接点pcc点的电压等级选择pcc点的基准短路容量，并通过单个用户协议容量以及pcc点供电容量的比例关系，动态调整允许限值。

36、优选的，将计算结果与允许限值进行比较，包括：

37、将计算结果中的谐波电流值、电压含有率值与总畸变率值，分别与各自对应的允许限值进行比较，并确定所述谐波电流值、电压含有率值与总畸变率值是否满足各自对应的允许限值的要求。

38、优选的，若pcc点的基准短路容量不同于pcc点的最小短路容量时，则对允许限值中的谐波电流限值进行换算，公式如下：

39、

40、其中：为pcc点的最小短路容量，为pcc点的基准短路容量，为第次谐波电流的允许值，为经换算的第h次谐波电流的允许值；

41、其中，根据每个用户在同一电网连接点pcc点的协议容量与供电设备容量，动态调整同一电网连接点pcc点的每个用户向电网注入的谐波电流的限值；

42、其中，在同一电网连接点pcc点的第个用户的第次谐波电流的限值的计算公式如下：

43、

44、其中：为第个用户的用电协议容量，为公共连接点的供电设备容量，为相位迭加系数。

45、优选的，所述匹配单元还用于：对所述模糊查询匹配中无法匹配的监测点，辅以电压等级进行验证；匹配成功后，以所述状态估计数据中的母线id号作为对应母线节点的唯一标识，建立所述谐波源监测数据与所述状态估计数据之间的数据映射关系。

46、再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

47、处理器，用于执行一个或多个程序；

48、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的方法。

49、再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的方法。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

51、本发明提供了一种基于电网谐波分析进行预警的方法，包括：获取与电网在线运行相关联的实时运行状态数据，基于所述实时运行状态数据，生成状态估计数据，并获取在线谐波监测数据；基于在线谐波监测数据中的多个属性和多个种类的谐波源的谐波发射特性，利用线性回归方法对所述在线谐波监测数据进行拟合，得到每个监测点的谐波发射特征，将谐波发射特征与多种谐波源的谐波发射特性进行比对以获得识别结果，并结合由所述状态估计数据确定的电网拓扑模型确定谐波源所在的母线节点，再利用谐波监测类型属性对识别结果进行校核，从而识别得到谐波源；获取带有时间戳的谐波源监测数据，基于在线多维索引模糊匹配方式，将所述带有时间戳的谐波源监测数据与状态估计数据进行匹配，生成数据映射关系；基于所述数据映射关系，进行谐波源在线建模，生成电网谐波分析模型；基于所述电网谐波分析模型进行谐波潮流计算，以获得谐波潮流计算结果，将计算结果与允许限值进行比较，基于比较的结果，确定是否对电网谐波进行预警。

52、本发明打通了在线数据与谐波分析之间的壁垒，实现了在线系统的联动，在确保模型计算准确性的同时，提升计算效率。