本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析與計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于變電站測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算諧波阻抗和負(fù)荷諧波模型的方法。

背景技術(shù)：

在社會(huì)各個(gè)行業(yè)中電能的應(yīng)用無處不在，電能生產(chǎn)和運(yùn)輸管理顯得尤為重要?，F(xiàn)有電網(wǎng)中包含有各種動(dòng)態(tài)和靜態(tài)元件，形成了一個(gè)巨大的電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、階數(shù)高、強(qiáng)非線性、計(jì)算量巨大。為了拓展整個(gè)電力潮流的管理水平，建立基波之外的潮流模型描述是必不可少的步驟。目前，電力系統(tǒng)潮流網(wǎng)絡(luò)圖模型多是以下三種方式得到：1、采用典型參數(shù)，該種情況主要適用于動(dòng)態(tài)元件的規(guī)劃期；2、設(shè)備廠家提供的參數(shù)，該種情況適用于靜態(tài)元件：線路、變壓器等參數(shù)；3、實(shí)測(cè)模型參數(shù)，該種情況主要適用于勵(lì)磁、PSS等動(dòng)態(tài)元件。目前，還沒有一種利于實(shí)測(cè)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)以建立簡(jiǎn)化模型的方式能夠完成系統(tǒng)諧波網(wǎng)架的搭建。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于變電站測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算諧波阻抗和負(fù)荷諧波模型的方法，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決電網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)元件形成的電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、階數(shù)高、強(qiáng)非線性、計(jì)算量巨大不易建立簡(jiǎn)化模型的問題以及建立電網(wǎng)模型系統(tǒng)操作步驟繁雜，可靠性低，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種基于變電站測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算諧波阻抗和負(fù)荷諧波模型的方法，包括以下步驟：

第一步：收集變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的諧波數(shù)據(jù)，將關(guān)注時(shí)間段內(nèi)的變壓器實(shí)測(cè)歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出得到諧波數(shù)據(jù)文件；

第二步：建立變壓器模型，根據(jù)諧波數(shù)據(jù)文件建立變壓器模型；

第三步：建立電網(wǎng)模型，利用疊加定理根據(jù)諧波數(shù)據(jù)文件和變壓器模型建立關(guān)于諧波源和負(fù)荷的模型；

第四步：建立簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)框架模型，將電網(wǎng)諧波網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為電網(wǎng)諧波阻抗模型、變壓器模型和負(fù)荷諧波模型三部分；

第五步：根據(jù)輸入量的概率分布和電網(wǎng)模型，求解得到電網(wǎng)諧波參數(shù)和負(fù)荷諧波參數(shù)；

第六步：根據(jù)電網(wǎng)諧波參數(shù)和負(fù)荷諧波參數(shù)并依據(jù)概率分布特性，計(jì)算得到電網(wǎng)諧波參數(shù)的特征量和負(fù)荷諧波參數(shù)的特征量；

第七步：建立諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型并對(duì)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型仿真驗(yàn)證。

下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述第一步中可通過電能質(zhì)量在線檢測(cè)平臺(tái)或便攜式電能質(zhì)量分析儀測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到諧波數(shù)據(jù)文件。

上述第三步中，建立電網(wǎng)模型時(shí)要收集并計(jì)算電網(wǎng)諧波和諧波負(fù)荷的數(shù)據(jù)，即配電線路的數(shù)據(jù)，線路、導(dǎo)線、配變?cè)O(shè)備、電纜和分段線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

上述第四步中，建立簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)框架模型通過simulink軟件來搭建電網(wǎng)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型簡(jiǎn)圖。

上述第七步中，通過MATLAB軟件對(duì)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

本發(fā)明基于實(shí)測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，綜合二端口模型、線性疊加定律、概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律理論，采用建立簡(jiǎn)化模型的方式，完成諧波阻抗和負(fù)荷諧波阻抗的求解，并完成系統(tǒng)諧波網(wǎng)架的搭建，為電力系統(tǒng)諧波分布和擴(kuò)散提供理論依據(jù)。相比于傳統(tǒng)的基于無功補(bǔ)償支路或者注入諧波電流的方法進(jìn)行諧波阻抗估計(jì)，節(jié)省了系統(tǒng)操作的步驟，提供模型估計(jì)技術(shù)可靠性，降低了對(duì)應(yīng)的操作技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明更加有利于電網(wǎng)運(yùn)行和生產(chǎn)部門對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)架主體結(jié)構(gòu)和用戶模型的分析和管理，準(zhǔn)確分析和評(píng)估電網(wǎng)網(wǎng)架的諧波分布和流向。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)框圖。

附圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的簡(jiǎn)化電網(wǎng)模型圖。

附圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的變壓器諧波模型圖。

附圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的帶有二端口模型的系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。

在本發(fā)明中，為了便于描述，各部件的相對(duì)位置關(guān)系的描述均是根據(jù)說明書附圖1的布圖方式來進(jìn)行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置關(guān)系是依據(jù)說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1：如附圖1所示，該基于變電站測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算諧波阻抗和負(fù)荷諧波模型的方法包括以下步驟：

第一步：收集變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的諧波數(shù)據(jù)，將關(guān)注時(shí)間段內(nèi)的變壓器實(shí)測(cè)歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出得到諧波數(shù)據(jù)文件；

第二步：建立變壓器模型，根據(jù)諧波數(shù)據(jù)文件建立變壓器模型；

第三步：建立電網(wǎng)模型，利用疊加定理根據(jù)諧波數(shù)據(jù)文件和變壓器模型建立關(guān)于諧波源和負(fù)荷的模型；

第四步：建立簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)框架模型，將電網(wǎng)諧波網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為電網(wǎng)諧波阻抗模型、變壓器模型和負(fù)荷諧波模型三部分；

第五步：根據(jù)輸入量的概率分布和電網(wǎng)模型，求解得到電網(wǎng)諧波參數(shù)和負(fù)荷諧波參數(shù)；

第六步：根據(jù)電網(wǎng)諧波參數(shù)和負(fù)荷諧波參數(shù)并依據(jù)概率分布特性，計(jì)算得到電網(wǎng)諧波參數(shù)的特征量和負(fù)荷諧波參數(shù)的特征量；

第七步：建立諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型并對(duì)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型仿真驗(yàn)證。

這里，第四步中電網(wǎng)諧波網(wǎng)絡(luò)為電網(wǎng)模型；根據(jù)需要，將電網(wǎng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，能夠更直觀簡(jiǎn)單的對(duì)變電站數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)上述基于變電站測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算諧波阻抗和負(fù)荷諧波模型的方法作進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

如附圖1所示，所述的第一步中，通過電能質(zhì)量在線檢測(cè)平臺(tái)或便攜式電能質(zhì)量分析儀測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到諧波數(shù)據(jù)文件。實(shí)際工作過程中可以將關(guān)注時(shí)間段內(nèi)測(cè)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出并以vdf或者pqdif格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行存儲(chǔ)；

如附圖1所示，所述的第三步中，建立電網(wǎng)模型時(shí)要收集并計(jì)算電網(wǎng)諧波和諧波負(fù)荷的數(shù)據(jù)，即配電線路的數(shù)據(jù)，線路、導(dǎo)線、配變?cè)O(shè)備、電纜和分段線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)際工作過程中，在建立電網(wǎng)模型之前要考慮到電網(wǎng)背景諧波和諧波負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)模型的影響。

如附圖1所示，所述的第四步中，建立簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)框架模型時(shí)通過simulink軟件來搭建電網(wǎng)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型簡(jiǎn)圖。

如附圖1所示，所述的第七步中，通過MATLAB軟件對(duì)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

實(shí)施例2：如圖2、3、4所示，一種基于變電站測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算諧波阻抗和負(fù)荷諧波模型的方法，包括以下步驟：

第一步：建立簡(jiǎn)化電網(wǎng)模型，包括變壓器模型、電網(wǎng)諧波阻抗模型、負(fù)荷諧波模型。電網(wǎng)側(cè)簡(jiǎn)化為諧波源模型，對(duì)于電流型負(fù)荷，負(fù)荷側(cè)簡(jiǎn)化為電流源模型；對(duì)于電壓型負(fù)荷，負(fù)荷側(cè)簡(jiǎn)化為電壓源模型。這里推導(dǎo)是電流源型模型；

第二步：建立變壓器模型，根據(jù)二端口模型，簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下：

其中：U₁、I₁為變壓器一次側(cè)電壓和電流，U₂、I₂為變壓器二次側(cè)電壓和電流。Y＝1/Z(h)。變壓器為無源網(wǎng)絡(luò)，阻抗矩陣具有對(duì)稱特性，所以z₁₂＝z₂₁；

第三步：.求解變壓器參數(shù)，變壓器參數(shù)通過式(1)得到，計(jì)算公式如下：

Yy=

（3）；

第四步：變壓器側(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)的概率分布,假設(shè)U1和I1符合高斯分布，且相互獨(dú)立；則根據(jù)式(1)可以得出：

其中：Z1和Z2是U1和I1標(biāo)準(zhǔn)化之后的相互獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

根據(jù)式(4)可得出U1和I1、U2、I2符合四元聯(lián)合高斯分布，對(duì)應(yīng)得分布函數(shù)為：

其中∑_X為方差矩陣，(X-μ)是均值向量；

第五步：利用疊加原理，根據(jù)附圖3可以得到待求變量和測(cè)量變量之間的代數(shù)關(guān)系為：

第六步：求解電網(wǎng)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型的概率密度,根據(jù)概率密度函數(shù)的性質(zhì)，列出Ug、Zg、ZL、IL關(guān)于U1、I1、U2、I2的雅克比矩陣為：

根據(jù)式(10),Ug、Zg、ZL、IL的聯(lián)合概率密度函數(shù)為：

f(U_g,Z_g,Z_L,I_L)＝f(U₁,I₁,U₂,I₂)|J|^-1；

(11)

第七步：電網(wǎng)諧波阻抗模型和負(fù)荷諧波模型的概率特征值求解,根據(jù)式(11)可以求解得出Ug、Zg、ZL、IL的邊緣概率密度函數(shù)：

f(U_g)＝∫∫∫_R3f(U_g,Z_g,Z_L,I_L)dZ_gdZ_LdI_L

(12)

f(Z_g)＝∫∫∫_R3f(U_g,Z_g,Z_L,I_L)dU_gdZ_LdI_L

(13)

f(Z_L)＝∫∫∫_R3f(U_g,Z_g,Z_L,I_L)dU_gdZ_gdI_L

(14)

f(I_L)＝∫∫∫_R3f(U_g,Z_g,Z_L,I_L)dU_gdZ_gdZ_L

(15)

根據(jù)式(12)-(15)可以得出Ug、Zg、ZL、IL的期望和方差、95％概率值：

其他三個(gè)變量的統(tǒng)計(jì)特征量求解方法與公式(16)、(17)相同，這里不再贅述。

如附圖2、3、4所示，在第四步中，變壓器測(cè)試數(shù)據(jù)的概率分布確定有多種方法，可以用貝葉斯估計(jì)或者直接假設(shè)符合某種分布，調(diào)用統(tǒng)計(jì)軟件函數(shù)判斷是否符合某種特定的概率分布。這里舉例為為高斯分布，僅為說明該方法的實(shí)現(xiàn)步驟，并不代表變壓器的測(cè)試數(shù)據(jù)傾向于高斯分布。

以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。