基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法技术

本发明专利技术公开了基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，涉及电力电子设备技术领域，包括：基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，包括以下步骤：根据某次谐波下的诺顿等效电路，建立等效电流方程，并对等效电流方程进行等效变换转化为复功率形式的NEECP模型；将NEECP模型转换为适用于ICA算法的矩阵形式的ICA模型；对ICA模型进行数据预处理，将方程分解为快变分量方程与缓变分量方程，对于快变分量方程运用ICA算法求解系统侧与用户侧谐波阻抗，进而量化两侧的谐波贡献。本发明专利技术能够在PCC点实测数据缺失相位角信息时，有效计算系统侧与用户侧的谐波阻抗并量化双方谐波贡献，计算结果较为准确，误差较小，具有良好的实用性和计算精度。具有良好的实用性和计算精度。具有良好的实用性和计算精度。

【技术实现步骤摘要】
基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法


[0001]本专利技术涉及电力电子设备
，具体为基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，具体为在实测数据相位角信息缺失时，基于测量点谐波电压、电流幅值及其相位差的谐波阻抗与谐波贡献估计求解方法。

技术介绍

[0002]由于电力电子设备的应用日益广泛，现代电网中的谐波污染已经成为一个严重的问题。控制谐波污染的一个基本前提是准确估计谐波阻抗并量化PCC(Point of Common Coupling，公共连接点)上双方的影响，这需要PCC上的谐波电压和电流的幅值和相位数据作为支撑。然而在实践中，许多电能质量测量仪器，如Fluke 1760等，只提供谐波电压和电流的相位差，而不提供它们各自的相位角，这使得现有方法无法有效估计谐波阻抗和谐波贡献。
[0003]当测量数据的相位角信息缺失时，通常人为地设置相位角的值(相位置零或随机相位)以确保现有方法的有效性。然而，由于没有理论或实践依据来设置相位角的值，人为设置相位角会导致较大的估计误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，包括以下步骤：
[0007]根据某次谐波下的诺顿等效电路，建立等效电流方程，并对等效电流方程进行等效变换转化为复功率形式的NEECP模型；
[0008]将NEECP模型转换为适用于ICA算法的矩阵形式的ICA模型；
[0009]对ICA模型进行数据预处理，将方程分解为快变分量方程与缓变分量方程，对于快变分量方程运用ICA算法求解系统侧与用户侧谐波阻抗，进而量化两侧的谐波贡献。
[0010]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述根据某次谐波下的诺顿等效电路，建立等效电流方程，并对等效电流方程进行等效变换转化为复功率形式的NEECP模型；具体包括：
[0011]由诺顿等效电路，列写电路方程：
[0012][0013]可以进一步写为：
[0014][0015]和分别为系统侧和用户侧某次谐波电流源；Z
u
和Z
c
分别为对应次的系统侧和用户侧谐波阻抗；与分别为PCC点的对应次谐波电压与谐波电流；当与已知幅值与相位角时，根据式(2)计算Z
u
和Z
c
；
[0016]计算出谐波阻抗Z
u
和Z
c
后，可以得到和单独作用时在PCC点处的谐波电压，分别用与表示：
[0017][0018]当和共同作用时，根据叠加原理，为与之和：
[0019][0020]根据(3)的矢量方程可推出如下标量方程：
[0021][0022]其中，U
uf
与U
cf
分别为与在上的投影；U
u
‑
pcc
，U
c
‑
pcc
与U
pcc
分别为分别为与的幅值；θ1为与之间的相角，θ2为与之间的相角；U
uf
与U
cf
分别为系统侧与用户侧的谐波贡献；
[0023]将式(1)两端同时乘以构造复功率方程：
[0024][0025]其中*表示共轭，令S
m
/Z
u
和S
m
/Z
c
分别为对Z
u
和Z
c
的复功率损耗，S
pcc
为PCC处的谐波复功率，S
pu
与S
pc
分别为和对的复功率；因此，式(6)可以写为：
[0026][0027]其中，S
m
与S
pcc
已知，且S
m
为标量、S
pcc
仅与与的相位差有关；运用式(7)来求解系统侧与用户侧谐波阻抗；
[0028]在NEECP模型中，系统侧与用户侧的谐波贡献分别为：
[0029][0030][0031]其中，Re(
·
)代表取实部。
[0032]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述将NEECP模型转换为适用于ICA算法的矩阵形式的ICA模型；具体包括：
[0033]ICA算法用于从未知模式混合的观测信号中恢复源信号，其模型描述为：
[0034]X＝AS；
ꢀꢀ
(24)
[0035]式中，A为m
×
n维未知常数矩阵，m为观测信号个数，n为源信号个数；X是已知的m
×
k维观测信号矩阵，k为样本的数量；S是未知的n
×
k维观测信号矩阵。
[0036]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述ICA算法的使用满足以下假设：
[0037]源信号个数不大于观测信号个数，即n≤m；
[0038]各源信号之间具有统计独立性；
[0039]至多一个源信号服从高斯分布。
[0040]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述分析源信号之间的独立性，具体为：
[0041]使用ICA算法从X中分离出S和A；
[0042]S
m
与为PCC点测量的观测信号，与为源信号，式(7)为如下的矩阵形式：
[0043][0044]其中；
[0045][0045]t
k
代表第k个采样时间点；
[0046]令ρ0为和的相关系数，ρ为和的相关系数，有：
[0047][0048]其中E(
·
)代表数学期望；由式(12)中得到NEECP模型的源信号的相关系数等于原始诺顿等效模型的相关系数，即两个模型的源信号独立性在统计意义上一致。
[0049]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述对ICA模型进行数据预处理，将方程分解为快变分量方程与缓变分量方程，对于快变分量方程运用ICA算法求解系统侧与用户侧谐波阻抗，进而量化两侧的谐波贡献；具体为：
[0050]由于和可能存在不独立的情况，在PCC点的耦合功率与也可能不相互独立，在使用ICA算法之前需要进行数据预处理使其适用ICA算法，将式(2)分解为快变分量和缓变分量部分；
[0051][0052][0053]式(12)和式(13)分别为式(2)的快变分量和缓变分量方程；和的快变分量和相互独立且不服从高斯分布；
[0054]计算谐波阻抗Z
u
和Z
c
，将谐波阻抗Z
u
和Z
c
带入NEECP模型中即可计算出与进而通过式(8)和式(9)量化系统侧与用户侧的谐波贡献。
[0055]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述计算谐波阻抗Z
u
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据某次谐波下的诺顿等效电路，建立等效电流方程，并对等效电流方程进行等效变换转化为复功率形式的NEECP模型；将NEECP模型转换为适用于ICA算法的矩阵形式的ICA模型；对ICA模型进行数据预处理，将方程分解为快变分量方程与缓变分量方程，对于快变分量方程运用ICA算法求解系统侧与用户侧谐波阻抗，进而量化两侧的谐波贡献。2.根据权利要求1所述的基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，其特征在于，所述根据某次谐波下的诺顿等效电路，建立等效电流方程，并对等效电流方程进行等效变换转化为复功率形式的NEECP模型；具体包括：由诺顿等效电路，列写电路方程：进一步为：进一步为：和分别为系统侧和用户侧某次谐波电流源；Z
u
和Z
c
分别为对应次的系统侧和用户侧谐波阻抗；与分别为PCC点的对应次谐波电压与谐波电流；当与已知幅值与相位角时，根据式(2)计算Z
u
和Z
c
；计算出谐波阻抗Z
u
和Z
c
后，得到和单独作用时在PCC点处的谐波电压，分别用与表示：当和共同作用时，根据叠加原理，为与之和：根据(3)的矢量方程可推出如下标量方程：其中，U
uf
与U
cf
分别为与在上的投影；U
u
‑
pcc
，U
c
‑
pcc
与U
pcc
分别为与的幅值；θ1为与之间的相角，θ2为与之间的相角；U
uf
与U
cf
分别为系统侧与用户侧的谐波贡献；将式(1)两端同时乘以构造复功率方程：其中*表示共轭，令其中*表示共轭，令S
m
/Z
u
和S
m
/Z
c
分别为对Z
u
和Z
c
的复功率损耗，S
pcc
为PCC处的谐波复功率，S
pu
与S
pc
分别为和对的复功率；因此，式(6)可以写为：其中，S
m
与S
pcc
已知，且S
m
为标量、S
pcc
仅与与的相位差有关；运用式(7)来求解系统侧与用户侧谐波阻抗；在NEECP模型中，系统侧与用户侧的谐波贡献分别为：ECP模型中，系统侧与用户侧的谐波贡献分别为：其中，Re(
·
)代表取实部。3.根据权利要求1所述的基于无相位实测数据的谐波阻抗与谐波贡献估计方法，其特征在于，所述将NEECP模型转换为适用于ICA算法的矩阵形式的ICA模型；具体包括：ICA算法用于从未知模式混合的观测信号中恢复源信号，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽强，蔡其东，刘鑫，孔庆福，赵普志，侯冰，罗忠游，高佛来，张建忠，陈文涛，韩斌，王亮，赵帅，徐方维，陈锴，郑鸿儒，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：