未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法与流程

1.本发明涉及配电网电能质量治理领域，尤其是指未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法。


背景技术：

2.近年来，随着新能源并网、电动汽车的规模化发展以及5g通讯技术的发展，大量的整流逆变装置投入到电力系统中，同时非线性设备在用电负荷中所占比重越来越高，使得电力系统尤其是配电网的谐波污染问题越来越严重。大量谐波注入不仅影响电网的安全、经济运行，而且也会给用户带来严重的经济损失。为了提高电能质量，减少谐波的污染，准确估计谐波的分布与状态是实时有效的监管和治理谐波的前提。现有的pq(电能质量)监测器能够监测所安装位置的谐波电流与电压，然而由于pq监测器的成本较高，导致配电网中并非全部节点都安装了pq监测器，并且配电网的拓扑结构和网络参数未知，这给未知拓扑及参数的配电网进行谐波估计带来了严峻的挑战。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中的如果要检测配电网所有节点的谐波电流和电压，需要安装较多的pq检测器，造成成本较高的缺点，提供一种未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法。
4.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，包括以下步骤：在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装pq监视器；对于安装有pq监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装pq监视器的节点，根据安装有pq监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装pq监视器的节点的谐波电压。
5.作为优选，所述的在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装pq监视器具体为：建立配电网中母线和节点的基波电压差δvk的相关系数矩阵c1；其中δvk表示为：式中，分别为t时刻和t+1时刻母线节点的基波电压；分别为t时刻和t+1时刻k节点的基波电压，上述电压均可由安装在各个节点的智能电表得到；建立配电网中各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；选择pq监测器安装节点的最优位置，使得配电网中所有未安装pq监测器的节点与安装pq监测器节点的电压谐波畸变率高度相关。
6.作为优选，由于δvk的相关系数矩阵c1与各个节点的电压谐波畸变率的相关系数
矩阵c2相似，因此通过测量δvk的相关系数矩阵c1来估计各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；具体实现为：选择一个相关系数阈值δ，然后按照下面的式子得到各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；
7.作为优选，所述的选择pq监测器安装节点的最优位置，使得配电网中所有未安装pq监测器的节点与安装pq监测器节点的电压谐波畸变率高度相关具体为：为了尽可能少的使用pq监测器以及保证所安装的pq监测器可以估计所有节点的谐波电压，对系统实施如下的优化问题：谐波电压，对系统实施如下的优化问题：式中，b是二进制矩阵，b(i)若为0表示第i个节点不安装pq监测器，否则为安装pq监测器。
8.作为优选，所述的对于安装有pq监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装pq监视器的节点，根据安装有pq监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装pq监视器的节点的谐波电压具体为：计算配电网中所有节点的谐波电流：首先根据已经安装pq监测器节点的监测器得到的谐波电流数据建立未安装pq监测器节点的核密度分布，然后利用建立好的核密度分布来估计未安装pq监测器节点的谐波电流；计算配电网中所有节点的谐波阻抗参数根据电表得到各个节点的基波电压以及各个节点的有功无功功率，然后根据下式求出各个节点的基波阻抗：式中，γ
i,j
为节点i和j之间的基波阻抗；vi、vj代表从传统电表得到的节点i和j的基波电压；pk、qk分布代表从传统电表得到的流过节点k的有功功率和无功功率；由各个节点的基波阻抗γ
i,j
，通过下式计算得到各个节点的谐波阻抗
9.式中，为节点i和j之间的h次谐波阻抗；r、x分布为计算谐波阻抗时的电阻和电抗参数，满足如下条件：
r2+x2＝1 (6)计算配电网中所有节点的谐波电压已安装pq监测器的节点可以直接获取该节点的谐波电压数据，则未安装pq监测器的节点的谐波电压的计算方法由下式得到：式中，为节点j的h次电压谐波，由于该节点没有安装pq监测器，则需要根据式(8)计算得到；为节点i的h次电压谐波，可以直接由已安装的pq监测器得到；为估计的流过节点k的h次谐波电流。
10.本发明的有益效果是：本发明只用在每个节点安装传统的电表以及在少数几个节点安装pq监测器即可检测所有节点的谐波电流和谐波电压，提高配电网的经济效益。同时相比以往的谐波估计方法中，都需要知道配电网的拓扑结构以及参数，本专利所提出的方法可以对拓扑和参数未知的配电网进行电压谐波估计。
附图说明
11.图1是本发明的一种流程图；图2是配电网基波结构示意图；图3是配电网谐波结构示意图。
具体实施方式
12.下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
13.实施例：未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，如图1所示，包括以下步骤：在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装pq监视器；为了测量估计配电网中各个节点的谐波电压，应该在每个节点安装传统的智能电表和少量节点安装pq监测器，其中传统的智能电表可以测量节点的功率和基波电压，而pq监测器可以测量注入该节点的谐波电流，为了尽可能减少pq监测器的使用，应该减少那些具有电压高度相关性的节点的pq监测器的安装，因此应该选取配电网中的最优位置来安装pq监测器。
14.对于安装有pq监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装pq监视器的节点，根据安装有pq监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装pq监视器的节点的谐波电压。
15.所述的在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装pq监视器具体为：建立配电网中母线和节点的基波电压差δvk的相关系数矩阵c1；
其中δvk表示为：式中，分别为t时刻和t+1时刻母线节点的基波电压；分别为t时刻和t+1时刻k节点的基波电压，上述电压均可由安装在各个节点的智能电表得到；建立配电网中各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；选择pq监测器安装节点的最优位置，使得配电网中所有未安装pq监测器的节点与安装pq监测器节点的电压谐波畸变率高度相关。
16.由于δvk的相关系数矩阵c1与各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2相似，因此通过测量δvk的相关系数矩阵c1来估计各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；具体实现为：选择一个相关系数阈值δ，然后按照下面的式子得到各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；
17.所述的选择pq监测器安装节点的最优位置，使得配电网中所有未安装pq监测器的节点与安装pq监测器节点的电压谐波畸变率高度相关具体为：为了尽可能少的使用pq监测器以及保证所安装的pq监测器可以估计所有节点的谐波电压，对系统实施如下的优化问题：谐波电压，对系统实施如下的优化问题：式中，b是二进制矩阵，b(i)若为0表示第i个节点不安装pq监测器，否则为安装pq监测器。
18.所述的对于安装有pq监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装pq监视器的节点，根据安装有pq监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装pq监视器的节点的谐波电压具体为：计算配电网中所有节点的谐波电流：首先根据已经安装pq监测器节点的监测器得到的谐波电流数据建立未安装pq监测器节点的核密度分布，然后利用建立好的核密度分布来估计未安装pq监测器节点的谐波电流；计算配电网中所有节点的谐波阻抗参数由于配电网中所有节点都安装了传统的智能电表，如图2所示，因此根据电表得到各个节点的基波电压以及各个节点的有功无
功功率，然后根据下式求出各个节点的基波阻抗：式中，γ
i,j
为节点i和j之间的基波阻抗；vi、vj代表从传统电表得到的节点i和j的基波电压；pk、qk分布代表从传统电表得到的流过节点k的有功功率和无功功率；由各个节点的基波阻抗γ
i,j
，通过下式计算得到各个节点的谐波阻抗
19.式中，为节点i和j之间的h次谐波阻抗；r、x分布为计算谐波阻抗时的电阻和电抗参数，满足如下条件：r2+x2＝1 (14)计算配电网中所有节点的谐波电压已安装pq监测器的节点可以直接获取该节点的谐波电压数据，则未安装pq监测器的节点的谐波电压的计算方法由下式得到(如图3所示)：式中，为节点j的h次电压谐波，由于该节点没有安装pq监测器，则需要根据式(8)计算得到；为节点i的h次电压谐波，可以直接由已安装的pq监测器得到；为估计的流过节点k的h次谐波电流。
20.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所描述的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，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结构，或一些特征可以忽略，或不执行。
21.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一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。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例方案的目的。
22.另外，在本技术实施例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。
23.集成的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，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片
机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
24.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

技术特征：
1.未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，其特征是，包括以下步骤：在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装pq监视器；对于安装有pq监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装pq监视器的节点，根据安装有pq监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装pq监视器的节点的谐波电压。2.根据权利要求1所述的未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，其特征是，所述的在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装pq监视器具体为：建立配电网中母线和节点的基波电压差δv
k
的相关系数矩阵c1；其中δv
k
表示为：式中，分别为t时刻和t+1时刻母线节点的基波电压；分别为t时刻和t+1时刻k节点的基波电压，上述电压均可由安装在各个节点的智能电表得到；建立配电网中各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；选择pq监测器安装节点的最优位置，使得配电网中所有未安装pq监测器的节点与安装pq监测器节点的电压谐波畸变率高度相关。3.根据权利要求2所述的未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，其特征是，由于δv
k
的相关系数矩阵c1与各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2相似，因此通过测量δv
k
的相关系数矩阵c1来估计各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；具体实现为：选择一个相关系数阈值δ，然后按照下面的式子得到各个节点的电压谐波畸变率的相关系数矩阵c2；4.根据权利要求3所述的未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，其特征是，所述的选择pq监测器安装节点的最优位置，使得配电网中所有未安装pq监测器的节点与安装pq监测器节点的电压谐波畸变率高度相关具体为：为了尽可能少的使用pq监测器以及保证所安装的pq监测器可以估计所有节点的谐波电压，对系统实施如下的优化问题：电压，对系统实施如下的优化问题：式中，b是二进制矩阵，b(i)若为0表示第i个节点不安装pq监测器，否则为安装pq监测
器。5.根据权利要求2-4任意一项权利要求所述的未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法其特征是，所述的对于安装有pq监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装pq监视器的节点，根据安装有pq监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装pq监视器的节点的谐波电压具体为：计算配电网中所有节点的谐波电流：首先根据已经安装pq监测器节点的监测器得到的谐波电流数据建立未安装pq监测器节点的核密度分布，然后利用建立好的核密度分布来估计未安装pq监测器节点的谐波电流；计算配电网中所有节点的谐波阻抗参数根据电表得到各个节点的基波电压以及各个节点的有功无功功率，然后根据下式求出各个节点的基波阻抗：式中，γ
i,j
为节点i和j之间的基波阻抗；v
i
、v
j
代表从传统电表得到的节点i和j的基波电压；p
k
、q
k
分布代表从传统电表得到的流过节点k的有功功率和无功功率；由各个节点的基波阻抗γ
i,j
，通过下式计算得到各个节点的谐波阻抗，通过下式计算得到各个节点的谐波阻抗式中，为节点i和j之间的h次谐波阻抗；r、x分布为计算谐波阻抗时的电阻和电抗参数，满足如下条件：r2+x2＝1 (6)计算配电网中所有节点的谐波电压已安装pq监测器的节点可以直接获取该节点的谐波电压数据，则未安装pq监测器的节点的谐波电压的计算方法由下式得到：式中，为节点j的h次电压谐波，由于该节点没有安装pq监测器，则需要根据式(8)计算得到；为节点i的h次电压谐波，可以直接由已安装的pq监测器得到；为估计的流过节点k的h次谐波电流。

技术总结
本发明公开了一种未知配电馈线拓扑及参数的谐波估计模型的构建方法，解决了现有技术的不足，包括以下步骤：在配电网每个节点中设置电表，根据电压谐波畸变率确定每个节点是否安装PQ监视器；对于安装有PQ监视器的节点，直接获取该节点的谐波电压数据，对于未安装PQ监视器的节点，根据安装有PQ监视器的电接点的谐波电压、谐波电流和阻抗参数估算未安装PQ监视器的节点的谐波电压。器的节点的谐波电压。器的节点的谐波电压。


技术研发人员：王珂 马骏达 左晨 徐耀辉 王益旭 刘旭 杜少华 郁伟杰 陈红敏 徐志航 夏红雨 夏永春 程慧
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司永康市供电公司 国网浙江省电力有限公司金华供电公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/22