谐波预警方法、装置、终端及存储介质与流程

1.本发明涉及电力计量技术领域，尤其涉及一种谐波预警方法、装置、终端及存储介质。


背景技术：

2.非线性负载是指内含整流设备的负载。在电子线路中，电压与电流不成线性关系，在负载的投入、运行过程中，电压和电流的关系是经常变化的。所谓非线性，就是自变量和变量之间不成线性关系，成曲线或者其他关系。常见的典型非线性负载有：软启动器、开关电源、ups、逆变元件、电池充电器、变频控制的电机、电子数据图像设备、可控灯光设备、整流器、荧光灯等等。
3.通过上述示例，我们可以看出非线性负载在生产以及生活中应用非常广泛。
4.大量非线性负载的使用，导致电网谐波污染日益严重，电网的电能质量日益恶化，对电力系统谐波的处理技术要求也越来越高。由于系统中往往存在多个谐波源，判定并找到主要谐波源，并对谐波源进行预警是谐波治理的前提。
5.基于此，针对电网中的谐波污染的问题，需要开发设计出一种谐波预警方法。


技术实现要素：

6.本发明实施方式提供了一种谐波预警方法、装置、终端及存储介质，用于解决现有技术中不易对谐波源位置快速定位的问题。
7.第一方面，本发明实施方式提供了一种谐波预警方法，包括：
8.获取第一电流波形，所述第一电流波形为母线的电流波形；
9.根据所述第一电流波形确定所述母线的电流有效值以及瞬时电流；
10.根据所述电流有效值以及所述瞬时电流判断所述母线是否存在谐波污染；
11.若所述母线存在谐波污染，则根据所述第一电流波形确定谐波污染的污染度；
12.若所述污染度大于第一阈值，则获取第二电流波形集，所述第二电流波形集包括各个与所述母线连接的馈线线路的电流波形；
13.根据所述第二电流波形集确定产生谐波污染的馈线线路；
14.向所述产生谐波污染的馈线线路的监测装置发送警告消息。
15.在一种可能实现的方式中，所述根据所述电流有效值以及所述瞬时电流判断所述母线是否存在谐波污染，包括：
16.获取第一幅值，所述第一幅值为瞬时电流的幅值；
17.计算所述第一幅值与所述电流有效值的比值，作为电流比；
18.若所述电流比大于第二阈值，则确定所述母线存在谐波污染。
19.在一种可能实现的方式中，所述根据所述第一电流波形确定污染度，包括：
20.将所述第一电流波形进行傅里叶变换，得到第一基波以及第一高次谐波；
21.获取所述第一基波的幅值和所述第一高次谐波的幅值；
22.根据所述第一基波的幅值以及所述第一高次谐波的幅值，确定污染度。
23.在一种可能实现的方式中，所述污染度为所述第一高次谐波的幅值与所述第一基波的幅值的比值。
24.在一种可能实现的方式中，所述根据所述第二电流波形集确定产生谐波污染的馈线线路，包括：
25.针对所述第二电流波形集中每个馈线线路的电流波形，对该馈线线路的电流波形进行傅里叶变换，得到该馈线线路的第二基波以及第二高次谐波；
26.获取所述第二基波的幅值和所述第二高次谐波的幅值；
27.计算所述第二高次谐波和所述第二基波的幅值的幅值的比值，作为该馈线线路的谐波比；
28.根据各个馈线线路的谐波比，确定产生谐波污染的馈线线路。
29.在一种可能实现的方式中，所述根据各个所述谐波比确定产生谐波污染的馈线线路，包括：
30.对各个馈线线路的谐波比进行排序；
31.选定谐波比最大的馈线线路为产生谐波污染的馈线线路。
32.在一种可能实现的方式中，所述警告消息包括以下至少一项：谐波产生的开始时间、持续时间、频率以及谐波比。。
33.第二方面，本发明实施方式提供了一种谐波预警装置，包括：
34.波形获取模块，用于获取第一电流波形，所述第一电流波形为母线的电流波形；
35.第一电流获取模块，用于根据所述第一电流波形确定所述母线的电流有效值以及瞬时电流；
36.谐波确定模块，用于根据所述电流有效值以及所述瞬时电流判断所述母线是否存在谐波污染；
37.谐波污染度确定模块，用于若所述母线存在谐波污染，则根据所述第一电流波形确定谐波污染的污染度；
38.第二电流获取模块，用于若所述污染度大于第一阈值，则获取第二电流波形集，所述第二电流波形集包括各个与所述母线连接的馈线线路的电流波形；
39.污染源定位模块，用于根据所述第二电流波形集确定产生谐波污染的馈线线路；以及，
40.告警模块，用于向所述产生谐波污染的馈线线路的监测装置发送警告消息。
41.第三方面，本发明实施方式提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
42.第四方面，本发明实施方式提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
43.本发明实施方式与现有技术相比存在的有益效果是：
44.本发明实施方式公开了的一种谐波预警方法实施方式，通过母线电流波形获取电流有效值以及瞬时电流，通过瞬时电流以及电流有效值，初步确定是否存在谐波污染，该确
定方式计算量小，响应及时，不用对每个馈线均设置计算单元来进行分析，硬件成本低。当初步确定存在谐波污染时，通过母线电流波形确定污染度，通过母线电流波形确定谐波污染度，精度较高，排除了多数前述步骤误判的可能。当污染度达到阈值时，则获取每个馈线的波形，通过波形分析，确定馈线线路，实现馈线线路定位，最终向馈线线路发送警告消息，方便排除产生污染的负载。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1是本发明实施方式提供的典型的电网架构图；
47.图2是本发明实施方式提供的谐波预警方法的流程图；
48.图3是本发明实施方式提供的谐波污染电流与电流有效值的关系图；
49.图4是本发明实施方式提供的谐波预警装置功能框图；
50.图5是本发明实施方式提供的终端功能框图。
具体实施方式
51.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施方式。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施方式来进行说明。
53.下面对本发明的实施例作详细说明，本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
54.图1示出了一种典型的电网架构，图中母线101接有多个馈线102，馈线102与用电负载103相连，为负载103供电，当其中一个馈线102中的负载103产生谐波时，则整个电网均受到了谐波污染。
55.因无论那个负载103导致的谐波污染时，均在母线101中得以体现，故本发明专利实施方式，其通过获取母线101的电流波形，确定是否产生了谐波污染以及污染度，在污染度即将超过母线101治理能力的情况下，再通过获取馈线102电流波形，对馈线102电流波形进行分析，确定产生谐波污染负载103所在的馈线线路，实现对污染源的定位。
56.下面结合附图进行详细说明。
57.图2为本发明实施方式提供的谐波预警方法的流程图。
58.如图2所示，其示出了本发明实施方式提供的谐波预警方法的实现流程图，详述如下：
59.在步骤201中，获取第一电流波形，所述第一电流波形为母线101的电流波形。
60.示例性地，电流的波形可以通过母线101的电流互感器获得，还有的母线101线路
系统中设有录波器，可以录制母线101电流的波形，这些都是获取母线101电路波形的方式。
61.在步骤202中，根据所述第一电流波形确定所述母线的电流有效值以及瞬时电流。
62.示例性地，通过电流波形的幅值、相位，可以通过计算出电流的有效值。如一种实施方式中，采用近似拟合的方式，将电流波形拟合成正弦波，通过分析正弦波的幅值即可获得电流的有效值。而另一种实施方式中，可以采用积分的方法获得，该方法获得有效值精度更高。
63.瞬时电流是指，找出波形中的峰值点，通常找到波形中最高的尖峰，这个最高的尖峰对于分析谐波干扰具有典型性。这个尖峰的峰值即为瞬时电流。
64.在步骤203中，根据所述电流有效值以及所述瞬时电流判断母线101是否存在谐波污染。
65.在一些实施方式中，步骤203包括：
66.获取第一幅值，所述第一幅值为瞬时电流的幅值；
67.计算所述第一幅值与所述电流有效值的比值，作为电流比；
68.若所述电流比大于第二阈值，则确定所述母线存在谐波污染。
69.示例性地，图3示出了谐波污染电流301与电流有效值302的关系图。
70.图中，谐波污染电流301通常为尖峰脉冲(如应用在pwm调制系统中)，这些尖峰脉冲幅值要高于同期的有效电流(如前述所说，有效电流是经过积分运算获得的)，若取瞬时电流的尖峰峰值与电流有效值302进行对比，如果尖峰峰值高出有效电流较多，且尖峰峰值持续时间较短，则可以确定存在谐波污染。
71.因此，本发明方式中，通过获取瞬时电流是持续时间以及幅值，该幅值与电流有效值302相除，获得电流比，当电流比大于某一阈值时，且瞬时电流持续时间低于阈值时，则可以确定产生了谐波污染。
72.这个方法对于快速判断谐波污染而言，计算量小，响应速度快。虽然有误判的可能，但是，可以通过后续的步骤进行纠正。
73.在步骤204中，若所述母线存在谐波污染，则根据所述第一电流波形确定谐波污染的污染度。
74.在一些实施方式中，步骤204包括：
75.将所述第一电流波形进行傅里叶变换，得到第一基波以及第一高次谐波；
76.获取所述第一基波的幅值和所述第一高次谐波的幅值；
77.根据所述第一基波的幅值以及所述第一高次谐波的幅值，确定污染度。
78.在一些实施方式中，所述污染度为所述第三幅值与所述第二幅值的比值。
79.示例性地，步骤203是一种快速的判决方式，计算量小，及时性高，但是判定上存在一定的缺陷，步骤204是对步骤203的一种补充和确认。
80.步骤204的一种实施方式中，是对电流波形进行傅里叶变换，获取基波和高次谐波，其中高次谐波为二次及以上的谐波，取这些谐波的幅值中的最大值与基波幅值进行除法操作，即可获取到谐波污染的污染度，污染度达到阈值后，即可确定产生了谐波污染。
81.在步骤205中，若所述污染度大于第一阈值，则获取第二电流波形集，所述第二电流波形集包括各个与所述母线连接的馈线线路的电流波形。
82.在步骤206中，根据所述第二电流波形集确定产生谐波污染的馈线线路。
83.在一些实施方式中，步骤206包括：
84.针对所述第二电流波形集中每个馈线线路的电流波形，对该馈线线路的电流波形进行傅里叶变换，得到该馈线线路的第二基波以及第二高次谐波；
85.获取所述第二基波的幅值和所述第二高次谐波的幅值；
86.计算所述第二高次谐波和所述第二基波的幅值的幅值的比值，作为该馈线线路的谐波比；
87.根据各个馈线线路的谐波比，确定产生谐波污染的馈线线路。
88.在一些实施方式中，所述根据各个所述谐波比确定产生谐波污染的馈线线路，包括：
89.对各个所述谐波比进行排序；
90.选定谐波比最大的馈线线路为产生谐波污染的馈线线路。
91.示例性地，如果污染度大于阈值，则说明母线101存在较为严重的谐波污染。
92.此时，应当获取到产生谐波污染负载103所在的馈线线路。
93.本发明实施方式为通过各个馈线线路电流波形确定产生谐波污染的馈线线路。
94.其方式为，对各个馈线线路的电流波形进行傅里叶变换，获取到基波和高次谐波，高次谐波是指二次及以上的谐波。
95.然后，通过高次谐波的幅值与基波幅值相除，获得谐波比。通常采用高次谐波幅值最大的谐波与基波幅值相除。谐波比与馈线线路一一对应。
96.在诸多谐波比中，谐波比最大的馈线线路即为谐波污染的馈线线路。
97.在步骤207中，向所述产生谐波污染的馈线线路的监测装置发送警告消息。
98.在一些实施方式中，所述警告消息包括以下至少一项：谐波产生的开始时间、持续时间、频率以及谐波比。
99.示例性地，当确定产生谐波污染的馈线线路后，应当向馈线线路发送警告消息，警告消息包含的内容，应当方便馈线线路进行自查自纠，如包括：谐波产生的开始时间、持续时间、频率以及谐波比。
100.本发明谐波预警方法实施方式，通过母线101电流波形获取电流有效值302以及瞬时电流，通过瞬时电流以及电流有效值302，初步确定是否存在谐波污染，该确定方式计算量小，响应及时，不用对每个馈线102均设置计算单元来进行分析，硬件成本低。当初步确定存在谐波污染时，通过母线101电流波形确定污染度，通过母线101电流波形确定谐波污染度，精度较高，排除了多数前述步骤误判的可能。当污染度达到阈值时，则获取每个馈线102的波形，通过波形分析，确定馈线线路，实现馈线线路定位，最终向馈线线路发送警告消息，方便排除产生污染的负载103。
101.应理解，上述实施方式中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施方式的实施过程构成任何限定。
102.以下为本发明的装置实施方式，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施方式。
103.图4是本发明实施方式提供的谐波预警装置功能框图，参照图4，谐波预警装置4包括：波形获取模块401、第一电流获取模块402、谐波确定模块403、谐波污染度确定模块404、
第二电流获取模块405、污染源定位模块406以及告警模块407。
104.波形获取模块401，用于获取第一电流波形，所述第一电流波形为母线101的电流波形；
105.第一电流获取模块402，用于根据所述第一电流波形获取电流有效值302以及瞬时电流；
106.谐波确定模块403，用于根据所述电流有效值302以及所述瞬时电流判断母线101是否存在谐波污染；
107.谐波污染度确定模块404，用于当母线101存在谐波污染时，根据所述第一电流波形确定污染度；
108.第二电流获取模块405，用于所述污染度大于第一阈值时，获取第二电流波形集，所述第二电流波形集包括各个馈线102的电流波形；
109.污染源定位模块406，用于根据所述第二电流波形集确定产生谐波污染的馈线线路；
110.告警模块407，用于向所述产生谐波污染的馈线线路发送警告消息。
111.图5是本发明实施方式提供的终端的功能框图。如图5所示，该实施方式的终端5包括：处理器500、存储器501以及存储在所述存储器501中并可在所述处理器500上运行的计算机程序502。所述处理器500执行所述计算机程序502时实现上述各个谐波预警方法及谐波预警方法实施方式中的步骤，例如图2所示的步骤201至步骤207。
112.示例性的，所述计算机程序502可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器501中，并由所述处理器500执行，以完成本发明。
113.所述终端5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端5可包括，但不仅限于，处理器500、存储器501。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端5的示例，并不构成对终端5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
114.所称处理器500可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
115.所述存储器501可以是所述终端5的内部存储单元，例如终端5的硬盘或内存。所述存储器501也可以是所述终端5的外部存储设备，例如所述终端5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器501还可以既包括所述终端5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器501用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器501还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
116.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上
描述的全部或者部分功能。实施方式中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施方式中的对应过程，在此不再赘述。
117.在上述实施方式中，对各个实施方式的描述都各有侧重，某个实施方式中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施方式的相关描述。
118.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
119.在本发明所提供的实施方式中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
120.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
121.另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
122.所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施方式方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个谐波预警方法及谐波预警装置实施方式的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
123.以上所述实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前
述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。