一种系统侧谐波占主导情况下的谐波责任定量计算方法与流程

1.本发明属于电力系统领域，涉及一种电能质量谐波责任定量计算方法，尤其涉及一种系统侧谐波占主导情况下的谐波责任定量计算方法。


背景技术：

2.当前，对谐波责任量化计算的主流方法是基于等效阻抗展开的，即在计算等效阻抗的基础上，结合叠加定理和内积理论量化关注负荷的谐波责任。相关方法主要可以分为两类：一类是用户侧谐波占主导情况下的谐波责任计算，另一类是系统侧谐波占主导情况下的谐波责任计算。在用户侧谐波占主导情况下，需要计算系统侧等效谐波阻抗。在系统侧谐波占主导情况下，需要求解用户侧等效谐波阻抗。系统侧等效谐波阻抗相对恒定，比较容易计算。用户侧等效谐波阻抗是随时间波动的，难以跟踪。传统谐波责任计算方法都是针对用户侧谐波占主导情况下的谐波责任计算，主要包括基于波动量法及其改进方法、基于线性回归方法及其改进方法、基于概率统计方法、基于独立分量分析法等。截至目前，鲜见针对系统侧谐波占主导情况下的谐波责任计算方法。
3.发明目的
4.本发明的目的即在于应对现有技术中的难题，提供了一种系统侧谐波占主导情况下谐波责任计算方法。本发明根据用户侧负荷多变的特性，构造了动态加权阻抗模型求解用户侧时变的等效谐波阻抗，同时结合叠加定理和内积理论量化关注负荷的谐波责任。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种系统侧谐波占主导情况下的谐波责任定量计算方法，基于动态加权阻抗模型，具体包括以下步骤：
6.步骤1：构建动态加权阻抗模型静态阻抗部分和动态阻抗部分；
7.步骤2：对动态加权阻抗模型动静态权重进行优化；
8.步骤3：通过静态部分和动态部分阻抗值计算用户侧第h次谐波等效阻抗值；
9.步骤4：通过步骤3中求得的用户侧h次等效谐波阻抗求出谐波电压责任。
10.优选地，步骤1中，对用户侧负荷构建动态加权阻抗模型，该动态加权阻抗模型由静态阻抗部分与动态阻抗部分加权串联而成，其中所述静态阻抗部分是恒定阻抗模型，所述动态阻抗部分是感应电动机模型；假定xs是定子电抗，rr是转子电阻，xr是转子电抗，xm是励磁电抗，s是转子滑差；j表示虚数单位，c表示静态模型部分，m表示动态模型部分，即感应电动机模型；则所述动态加权阻抗模型中静态阻抗的计算采用恒定阻抗模型，表示为如式(1)所示：
[0011][0012]
其中，u表示关注负荷基波电压测量值，p是关注负荷基波有功功率测量值，q是关注负荷基波无功功率测量值，表示关注负荷基波相角值；
[0013]
所述动态加权阻抗模型中动态阻抗被表示为如式(2)所示：
[0014]
zm＝jxs (jxm)//(jxr rr/s)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。
[0015]
优选地，步骤2中，所述将动态加权阻抗模型中动静态权重进行优化具体包括：
[0016]
在所述动态加权阻抗模型中，将待识别的参数表示为{xs,xm,xr,t
d0
}，其中，t
d0
为电磁参数，通过最小二乘-遗传算法优化动静态权重；
[0017]
将相邻n个样本为一组进行优化，具体优化模型如下：
[0018]
对于第i个样本，适应度函数f(i)表示该样本的功率误差平方和的相反数，如式(3)所示：
[0019]
f(i)＝-((p
p
(i)-p(i))2 (q
p
(i)-q(i))2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)，
[0020]
其中p，q分别为有功功率和无功功率的实测值；p
p
，q
p
分别为有功功率和无功功率的预测值，p
p
的计算公式如式(4)所示：
[0021][0022]
式中，zc、x1、ud、uq、e
dp
、e
qp
为待计算参量；其中zc是静态阻抗值，通过恒定阻抗模型式(1)计算；x1是电磁参数，由待识别参数xm、xr、xs表示为如式(5)所示：
[0023][0024]
式中，ud,uq分别表示样本的a相基波相量电压在p，q轴上的分量，通过电压幅值u和相角来计算，表示为如式(6)所示：
[0025][0026]
式中e
dp
,e
qp
是电动势相量在d轴和q轴上的分量的预测值，通过式(7)、(8)进行计算：
[0027]
[0028][0029]
公式(7)和(8)中的变量ed、eq是电动势相量在d轴和q轴上的分量，基于电磁动力学和显示积分法求解，分别由式(9)、(10)表示：
[0030][0031][0032]
公式(7)和(8)中的x表示为式(11)所示：
[0033]
x＝xs xmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)，
[0034]
公式(7)和(8)中的id,iq分别表示样本的a相基波相量电流值在p，q轴上的分量，通过电流幅值i和相角来计算，表示为式(12)所示:
[0035][0036]
公式(7)和(8)中的滑差s表示为式(13)所示：
[0037][0038]
式中的t为辨识周期，即相邻n个样本点的采样时间；w0为同步转角速度，由转子电阻rr和待识别参数xr,xm,t
d0
计算，表示为式(14)所示：
[0039][0040]
基于公式(4)～(14)计算p
p
的值，公式(3)中另一待估预测值q
p
，其计算公式如式(15)所示：
[0041][0042]
式中，待计算的参量有ud,uq,e
dp
,e
qp
,x1,x2；其中，x1由式(5)表示；ud,uq根据式(6)计算；e
dp
,e
qp
基于式(7)和式(8)计算；x2是静态部分电抗，由线电压额定值u
nl
和功率因数额定值cosj n
表示为如式(16)所示：
[0043][0044]
由(4)-(16)计算得到p
p
,q
p
的值，再将p
p
,o
p
的值带入式(4)即可得到适应度数值；通过对样本数据多次迭代计算，选择最优适应度函数值，并保存相应的最优动静态权重。
[0045]
优选地，计算模型数据与实测数据的功率误差值最小时对应的权重为最优动静态权重；为了使等效阻抗值更加准确，不同情况下的权重需要根据测量数据优化权重值a1，a2。
[0046]
优选地，步骤3中，求得系统侧谐波占主导情况下，第h次谐波频率下用户侧等效阻抗值，将所述静态和动态等效阻抗值分别记为如式(17)、(18)所示：
[0047]
zc＝a1 b1·jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)，
[0048]
zm＝a2 b2·jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)，
[0049]
其中，a1,a2,b1,b2,均为实数，j为虚数单位；
[0050]
将基波频率下用户侧等效阻抗值被表示为如式(19)所示：
[0051][0052]
其中，a1,a2,z
1r
,z
1i
均为实数且a1 a2＝1；
[0053]
第h次谐波频率下用户侧等效阻抗值表示为如式(20)所示：
[0054]
zh＝z
1r
h
·z1i
·jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)，
[0055]
步骤4中，将所述谐波电压责任表示为如式(21)所示：
[0056][0057]
由式(21)可知，计算谐波电压责任所需要的参量为uh、z
h1
、i
h1
、u
h0
，其中uh、i
h1
为可测数据，z
h1
为未知量，u
h0
通过式(22)计算：
[0058][0059]
通过步骤3中所求得的第h次谐波频率下用户侧等效阻抗值带入式(21)即求得谐波电压责任。
附图说明
[0060]
图1是本发明提供的一种基于动态加权阻抗模型的原理图。
[0061]
图2是本发明提供的一种基于动态加权阻抗模型计算的某公司和某钢厂的等效阻抗幅值结果图。
[0062]
图3是本发明提供的一种基于动态加权阻抗模型的某公司和某钢厂归一化谐波电压责任图。
[0063]
图4是本发明实施例中某钢厂系统侧在pcc点处的5次谐波电压责任的归一化谐波电压结果图。
[0064]
图5是本发明实施例中某钢厂系统侧在pcc点处的3次谐波电压责任的归一化谐波电压结果图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图，对优选的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例
性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0066]
图1是本发明提供的一种基于动态加权阻抗模型的原理图，用来优化权重值a1，a2。
[0067]
本发明提供了系统侧谐波占主导情况下的谐波责任定量计算方法，基于动态加权阻抗模型，具体包括以下步骤：
[0068]
步骤1：构建动态加权阻抗模型静态阻抗部分和动态阻抗部分；
[0069]
步骤2：对动态加权阻抗模型动静态权重进行优化；
[0070]
步骤3：通过静态部分和动态部分阻抗值计算用户侧第h次谐波等效阻抗值；
[0071]
步骤4：通过步骤3中求得的用户侧h次等效谐波阻抗求出谐波电压责任。
[0072]
步骤1中，对用户侧负荷构建动态加权阻抗模型，该动态加权阻抗模型由静态阻抗部分与动态阻抗部分加权串联而成，其中所述静态阻抗部分是恒定阻抗模型，所述动态阻抗部分是感应电动机模型；假定xs是定子电抗，rr是转子电阻，xr是转子电抗，xm是励磁电抗，s是转子滑差；j表示虚数单位，c表示静态模型部分，m表示动态模型部分，即感应电动机模型；则所述动态加权阻抗模型中静态阻抗的计算采用恒定阻抗模型，表示为如式(1)所示：
[0073][0074]
其中，u表示关注负荷基波电压测量值，p是关注负荷基波有功功率测量值，q是关注负荷基波无功功率测量值，表示关注负荷基波相角值；
[0075]
所述动态加权阻抗模型中动态阻抗被表示为如式(2)所示：
[0076]
zm＝jxs (jxm)//(jxr rr/s)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。
[0077]
步骤2中，所述将动态加权阻抗模型中动静态权重进行优化具体包括：
[0078]
在所述动态加权阻抗模型中，将待识别的参数表示为{xs,xm,xr,t
d0
}，其中，t
d0
为电磁参数，通过最小二乘-遗传算法优化动静态权重；
[0079]
将相邻n个样本为一组进行优化，具体优化模型如下：
[0080]
对于第i个样本，适应度函数f(i)表示该样本的功率误差平方和的相反数，如式(3)所示：
[0081]
f(i)＝-((p
p
(i)-p(i))2 (q
p
(i)-q(i))2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)，
[0082]
其中p，q分别为有功功率和无功功率的实测值；p
p
，q
p
分别为有功功率和无功功率的预测值，p
p
的计算公式如式(4)所示：
[0083][0084]
式中，zc、x1、ud、uq、e
dp
、e
qp
为待计算参量；其中zc是静态阻抗值，通过恒定阻抗模型式(1)计算；x1是电磁参数，由待识别参数xm、xr、xs表示为如式(5)所示：
[0085][0086]
式中，ud,uq分别表示样本的a相基波相量电压在p，q轴上的分量，通过电压幅值u和相角来计算，表示为如式(6)所示：
[0087][0088]
式中e
dp
,e
qp
是电动势相量在d轴和q轴上的分量的预测值，通过式(7)、(8)进行计算：
[0089][0090][0091]
公式(7)和(8)中的变量ed、eq是电动势相量在d轴和q轴上的分量，基于电磁动力学和显示积分法求解，分别由式(9)、(10)表示：
[0092][0093][0094]
公式(7)和(8)中的x表示为式(11)所示：
[0095]
x＝xs xmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)，
[0096]
公式(7)和(8)中的id,iq分别表示样本的a相基波相量电流值在p，q轴上的分量，通过电流幅值i和相角来计算，表示为式(12)所示:
[0097][0098]
公式(7)和(8)中的滑差s表示为式(13)所示：
[0099][0100]
式中的t为辨识周期，即相邻n个样本点的采样时间；w0为同步转角速度，由转子电
阻rr和待识别参数xr,xm,t
d0
计算，表示为式(14)所示：
[0101][0102]
基于公式(4)～(14)计算p
p
的值，公式(3)中另一待估预测值q
p
，其计算公式如式(15)所示：
[0103][0104]
式中，待计算的参量有ud,uq,e
dp
,e
qp
,x1,x2；其中，x1由式(5)表示；ud,uq根据式(6)计算；e
dp
,e
qp
基于式(7)和式(8)计算；x2是静态部分电抗，由线电压额定值u
nl
和功率因数额定值cosj n
表示为如式(16)所示：
[0105][0106]
由(4)-(16)计算得到p
p
,q
p
的值，再将p
p
,q
p
的值带入式(4)即可得到适应度数值；通过对样本数据多次迭代计算，选择最优适应度函数值，并保存相应的最优动静态权重。
[0107]
将计算模型数据与实测数据的功率误差值最小时对应的权重为最优动静态权重；为了使等效阻抗值更加准确，不同情况下的权重需要根据测量数据优化权重值a1，a2。
[0108]
步骤3中，求得系统侧谐波占主导情况下，第h次谐波频率下用户侧等效阻抗值，将所述静态和动态等效阻抗值分别记为如式(17)、(18)所示：
[0109]
zc＝a1 b1·jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)，
[0110]
zm＝a2 b2·jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)，
[0111]
其中，a1,a2,b1,b2,均为实数，j为虚数单位；
[0112]
将基波频率下用户侧等效阻抗值被表示为如式(19)所示：
[0113][0114]
其中，a1,a2,z
1r
,z
1i
均为实数且a1 a2＝1；
[0115]
第h次谐波频率下用户侧等效阻抗值表示为如式(20)所示：
[0116]
zh＝z
1r
h
·z1i
·jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)，
[0117]
步骤4中，将所述谐波电压责任表示为如式(21)所示：
[0118][0119]
由式(21)可知，计算谐波电压责任所需要的参量为uh、z
h1
、i
h1
、u
h0
，其中uh、i
h1
为可测数据，z
h1
为未知量，u
h0
通过式(22)计算：
[0120][0121]
通过步骤3中所求得的第h次谐波频率下用户侧等效阻抗值带入式(21)即求得谐
波电压责任。
[0122]
实施例
[0123]
采集pcc点的谐波电压(u),谐波电流(i)，谐波有功功率(p)，谐波无功功率(q)，谐波功率因数等数据。实测数据来自某公司和某钢厂的连续数据。
[0124]
步骤1：利用式(1)计算静态阻抗zc的值
[0125]
步骤2：计算关注负荷等效谐波阻抗值。应用最小二乘-遗传算法优化动静态权重，基于国家标准和最新研究设定参数优化范围，输入样本的p,q,u,i,的实测值，输出最优参数。将最优参数带入式(2)得到zm。
[0126]
步骤3：将zm代入式(21)中求得谐波电压责任。
[0127]
图2、图3是某公司和某钢厂的等效阻抗计算结果。
[0128]
基于某公司和某钢厂的等效阻抗值计算某公司系统侧在pcc点处的5次谐波电压责任和某钢厂系统侧在pcc点处的3次谐波电压责任。两实例的谐波责任归一化结果如图4、图5所示。
[0129]
本发明的有益效果是，基于动态加权阻抗模型的计算等效阻抗，并基于此量化谐波源对关注母线的谐波责任，这对解决当前系统侧谐波占主导情况下谐波责任计算误差大的问题，由效地提高谐波责任的量化精度，扩展谐波责任计算方法的适用范围，为供用电双方谐波责任高效地划分奠定良好的理论与技术基础。
[0130]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。