一种基于波形匹配的谐波电压责任的划分方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于波形匹配的谐波电压责任的划分方法，包括：步骤10）采集谐波测试数据，形成谐波数据序列；步骤20）设置基本匹配参数；步骤30）计算欧氏距离：根据步骤20）设置的基本匹配参数，对步骤10）形成的谐波数据序列按子序列顺序进行归一化处理，得到谐波样本数据，计算谐波样本数据中谐波电压与谐波电流的欧氏距离；步骤40）筛选子序列：计算每个子序列的相似度，筛选出相似度不小于设置值的子序列；步骤50）划分谐波责任：通过最小二乘法估算出筛选出的子序列的系统侧等效谐波阻抗，利用等效谐波阻抗的均值，计算谐波电压责任。该方法能够利用谐波幅值数据对馈线的谐波污染责任进行量化，适用于工程实际。
【专利说明】
-种基于波形匹配的谐波电压责任的划分方法
技术领域
[0001] 本发明属于电能质量监控与分析技术领域，具体来说，设及一种基于波形匹配的 谐波电压责任的划分方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的发展，各种传统非线性负载及光伏、风电等新能源大量接入电网， 使得电网中的谐波污染越来越严重。国家标准对公用电网谐波的允许阔值做出了具体规 定，但并不能科学地解决供用电双方在制定经济性评估标准上的争论。为了对谐波污染进 行有效合理的经济性评估，需要在公共连接点对系统及用户承担的谐波责任进行定量划 分。
[0003] 近年来，"非干预式"方法成为谐波责任量化研究的一个主要方向。该方法通过测 量公共连接点的谐波数据来估算系统侧谐波阻抗，进而实现责任划分。该类方法对系统的 运行不构成影响，具体包括了线性回归法和波动量法。上述研究方法针对的是谐波向量数 据，而目前变电站的电能质量监测系统仅仅给出谐波电压或电流的幅值数据，若进行额外 的谐波相角测试，将大大增加测试的费用及工作量。谐波问题对供电企业安全稳定运行及 供用电双方的经济效益带来了巨大影响，为了有效利用目前变电站的谐波实测数据，减少 附加相位测量的工作量，降低背景谐波波动带来的计算误差，需要提出更加实用的谐波责 任量化方法。
【发明内容】
[0004] 技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于波形匹配的谐波电压责 任的划分方法，该方法能够利用谐波幅值数据对馈线的谐波污染责任进行量化，避免对谐 波相角的直接量测，适用于工程实际。
[0005] 技术方案:为解决上述技术问题，本发明实施例采用一种基于波形匹配的谐波电 压责任的划分方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤10)采集谐波测试数据，形成谐波数据序列；
[0007] 步骤20)设置基本匹配参数；
[000引步骤30)计算欧氏距离:根据步骤20)设置的基本匹配参数，对步骤10)形成的谐波 数据序列按子序列顺序进行归一化处理，得到谐波样本数据，计算谐波样本数据中谐波电 压与谐波电流的欧氏距离；
[0009] 步骤40)筛选子序列:计算每个子序列的相似度，筛选出相似度不小于设置值的子 序列；
[0010] 步骤50)划分谐波责任:通过最小二乘法估算出筛选出的子序列的系统侧等效谐 波阻抗，利用等效谐波阻抗的均值，计算谐波电压责任。
[0011] 作为优选例，所述的步骤10)具体包括:利用谐波测量装置，采集公共连接点在测 量时间内的谐波电压幅值和谐波电流幅值，并将该两种谐波测试数据形成如下式所示的谐 波数据序列：
[0012]
[0013]式中，Upcc-h表示谐波电压幅值；Ipcc-h表示谐波电流幅值;m表示谐波数据序列长 度;UpEE-h(l)表示第一次测量采集的谐波电压幅值，IpEE-h(l)表示第一次测量采集的谐波电 流幅值，UpEE-h(2)表示第二次测量采集的谐波电压幅值，IpEE-h(2)表示第二次测量采集的谐 波电流幅值，UpEE-h(m)表示第m次测量采集的谐波电压幅值，IpEE-h(m)表示第m次测量采集的 谐波电流幅值;该谐波数据序列中的每一行为其一子序列。
[0014] 作为优选例，所述的步骤20)中，设置基本匹配参数包括设置滑动窗口长度L，滑动 距离T及相似度设定值S。
[0015] 作为优选例，所述的步骤30)具体包括：
[0016] 步骤301)滑动窗口从谐波数据序列的第1组数据开始，将滑动窗口内Upcc-h与Ipcc-h 子序列分别归算到区间[-1，1 ]内，归一化函数为：
[0019] 式中，技表示归一化后的谐波电压幅值，UpEE-h表示归一化之前的谐波电压幅
[0017]
[001 引 值，Upcc-h-max表不Upcc-h中的巧大值,Upcc-h-min表不Upcc-h中的巧小值，A表不归化后的谐 波电流幅值，IpEE-h表示归一化之前的谐波电流幅值，IpEE-h-max表示IpEE-h中的最大值， Ipcc-h-"in表示IpEE-h中的最小值，M为一个L长度滑动窗口内谐波电压幅值或谐波电流幅值的 数据数量;P表示位于滑动窗口内的谐波电压幅值或谐波电流幅值的序号；
[0020] 步骤302)按下式计算归一化后子序列中谐波电压幅值与谐波电流幅值的欧氏距 离：
[0021]
[0022] 式中，DIS表示归一化后子序列的序列点与心的欧氏距离；
[0023] 步骤303)滑动窗口向后移动T，重复步骤301)，直至滑动窗口覆盖了整个谐波测试 数据，得到K个子序列的欧氏距离。
[0024] 作为优选例，所述的步骤40)具体包括:计算K个子序列的欧氏距离均值为而再.每 个子序列的谐波电压幅值与谐波电流幅值的相似度表示为：
[0025]
[0026] 式中，S(q)为第q个子序列的相似度，DlS(q)为第q个子序列的欧氏距离；
[0027] 从K个子序列中筛选出相似度不小于相似度设定值S的子序列，设筛选出K'组子序 列。
[0028] 作为优选例，所述的步骤50)具体包括：
[0029] 步骤501)对筛选出的K'组子序列利用最小二乘法估算出K'个系统侧等效谐波阻 抗值，最小二乘法估算方法为：
[0030] 将筛洗m的K'组子序列中的每一组子序列代入下式：
[0031]
[0032] 式中，Zh表示该组子序列的系统侧等效谐波阻抗值，化表示该组子序列的系统侧背 景谐波电压值；
[0033] 通过下式求解出该组子序列的Zh和化：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 步骤502)对获得的K'个Zh值，取均值为g，，通过下式求解出测量时间内的谐波电 压责任：
[00；3 引
[0039] 式中，Tc表示用户侧谐波电压责任百分数，1 = 1，2，--m。
[0040] 有益效果:与现有技术相比，本发明实施例具有W下有益效果:该方法能够利用实 测数据准确计算出系统侧等效谐波阻抗值。传统的测算方法针对谐波向量数据进行分析， 需要测量谐波电压和谐波电流的相角，而日常电能质量监测系统往往只测试谐波的幅值数 据，传统方法不适用于工程实际。本实施例的方法，利用工程实测的谐波电压和谐波电流幅 值数据准确计算出谐波阻抗值，方法简单有效，易于工程应用。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明实施例的流程图。
[0042] 图2(a)为本发明实施例中谐波电压幅值采集数据波形图。
[0043] 图2(b)为本发明实施例中谐波电流幅值采集数据波形图。
[0044] 图3为本发明实施例中谐波电压责任计算结果图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合实例和附图，对本发明实施例的技术方案做进一步的说明。
[0046] 如图1所示，本发明实施例提供一种基于波形匹配的谐波电压责任的划分方法，包 括W下步骤：
[0047] 步骤10)采集谐波测试数据，形成谐波数据序列。
[0048] 步骤20)设置基本匹配参数。设置基本匹配参数包括设置滑动窗口长度L，滑动距 离T及相似度设定值S。
[0049] 步骤30)计算欧氏距离:根据步骤20)设置的基本匹配参数，对步骤10)形成的谐波 数据序列按子序列顺序进行归一化处理，得到谐波样本数据，计算谐波样本数据中谐波电 压与谐波电流的欧氏距离。
[0050] 步骤40)筛选子序列:计算每个子序列的相似度，筛选出相似度不小于设置值的子 序列。
[0051] 步骤50)划分谐波责任:通过最小二乘法估算出筛选出的子序列的系统侧等效谐 波阻抗，利用等效谐波阻抗的均值，计算谐波电压责任。
[0052] 在上述实施例中，所述的步骤10)具体包括:利用谐波测量装置，采集公共连接点 (对应英文全称化int of Common Coupling;文中简称PCC点）在测量时间内的谐波电压幅 值和谐波电流幅值，并将该两种谐波测试数据形成如下式所示的谐波数据序列：
[0化3]
[0054] 式中，Upcc-h表示谐波电压幅值；Ipcc-h表示谐波电流幅值;m表示谐波数据序列长 度;UpEE-h(l)表示第一次测量采集的谐波电压幅值，IpEE-h(l)表示第一次测量采集的谐波电 流幅值，UpEE-h(2)表示第二次测量采集的谐波电压幅值，IpEE-h(2)表示第二次测量采集的谐 波电流幅值，UpEE-h(m)表示第m次测量采集的谐波电压幅值，IpEE-h(m)表示第m次测量采集的 谐波电流幅值;该谐波数据序列中的每一行为其一子序列。
[0055] 在上述实施例中，所述的步骤30)具体包括：
[0化9]式中，。表示归一化后的谐波电压幅值，Upcc-h表示归一化之前的谐波电压幅
[0056] 步骤301)滑动窗口从谐波数据序列的第1组数据开始，将滑动窗口内IW-h与Ipcc-h 子序歹[J令^功Iilq傳否Il反巧「-1 -11* -Ilq-化巧掀*1.
[0化7]
[0化引 值，Upcc-h-max表不Upcc-h中的巧大值,Upcc-h-min表不Upcc-h中的巧小值，扣ce-A表不归化后的谐 波电流幅值，I pcc-h表不归一化之自U的谐波电流幅值，I pcc-h-max表不Ipcc-h中的巧大值， Ipcc-h-min表示Ipcc-h中的最小值，M为一个L长度滑动窗口内谐波电压幅值或谐波电流幅值的 数据数量;P表示位于滑动窗口内的谐波电压幅值或谐波电流幅值的序号；
[0060] 步骤302)按下式计算归一化后子序列中谐波电压幅值与谐波电流幅值的欧氏距 离：
[0061]
[0062] 式中，DIS表示归一化后子序列的序列点己pw,与;的欧氏距离；
[0063] 步骤303)滑动窗口向后移动T，重复步骤301)，直至滑动窗口覆盖了整个谐波测试 数据，得到K个子序列的欧氏距离。
[0064] 在上述实施例中，所述的步骤40)具体包括：计算K个子序列的欧氏距离均值为 丘1等，每个子序列的谐波电压幅值与谐波电流幅值的相似度表示为：
[00 化]
[0066] 式中，S (q)为第q个于序列的相似度，DIS (q)为第q个子序列的欧氏距离；
[0067] 从K个子序列中筛选出相似度不小于相似度设定值S的子序列，设筛选出K'组子序 列。
[0068] 在上述实施例中，所述的步骤50)具体包括：
[0069] 步骤501)对筛选出的K'组子序列利用最小二乘法估算出K'个系统侧等效谐波阻 抗值，最小二乘法估算方法为：
[0070] 将筛洗m的K'组子序列中的每一组子序列代入下式：
[0071]
[0072] 式中，Zh表示该组子序列的系统侧等效谐波阻抗值，化表示该组子序列的系统侧背 景谐波电压值；
[0073] 通过下式求解出该组子序列的Zh和化：
[0077] 步骤502)对获得的K'个Zh值，取均值为乏/,，通过下式求解出测量时间内的谐波电压责任：
[0074]
[0075]
[0076]
[007引
[0079] 式中，T康示用户侧谐波电压责任百分数，1 = 1，2,…m。
[0080] 本发明实施例的方法，通过欧氏距离与滑动窗口寻找到测量时间内谐波电压幅值 与谐波电流幅值相似度较高的波形，筛选出背景谐波稳定的子序列，再利用最小二乘法求 解线性方程，估算出系统侧等效谐波阻抗，进而实现谐波责任划分。现有技术中，谐波阻抗 的计算运用谐波向量数据，而目前电能质量日常监测系统仅仅测量谐波电压或谐波电流的 幅值数据。本实施例方法的数据需求满足工程要求，可计算变压器低压侧或某条馈线的系 统侧等效谐波阻抗值。运对于谐波分析，如谐波发射水平估算、谐波责任量化、谐波污染溯 源等，具有重要指导意义，并且为谐波治理及制定奖惩机制提供帮助。
[0081 ]下面例举一具体实施例。
[0082] W某个IlOkV变电站的低压侧IOkV母线为例，在母线下的某条馈线配置谐波测量 装置进行谐波数据采集。
[0083 ]执行本发明实施例的测量方法，包括W下步骤：
[0084] 步骤10)采集PCC点的5次谐波电压幅值和5次谐波电流幅值数据，谐波量测设备每 3秒给出1组谐波电压幅值和谐波电流幅值数据，每小时可W采集1200组谐波数据。本实例 选择了连续采集的20h的24000组谐波数据构成谐波数据序列，序列数据如图2所示，图中横 坐标表示测试时间，纵坐标表示谐波电压幅值和谐波电流幅值。本实例中，谐波电压幅值和 谐波电流幅值的单位分别为V和A。
[0085] 步骤20)设置滑动窗口长度L为化，即1个滑动窗口包括1200组谐波数据;设置滑动 距离T为lOmin，即滑动一次向后移动240组数据;设置相似度S为0.9。
[0086] 步骤30)滑动窗口第1组谐波数据序列开始，依次进行归一化并计算子序列的欧氏 距离，直至滑动窗口覆盖了整个谐波测试数据的24000组数据，计算得到96个子序列的欧氏 距离。欧氏距离按从上到下，从左到右的顺利排列如表1所示。
[0087] 表1欧氏距离计算结果 TnnRRl
[0089] 步骤40)计算96个子序列的欧氏距离均值为177.14,筛选出3个相似度不小于0.9 的子序列。每个子序列的谐波电压幅值与谐波电流幅值的相似度计算结果如表2所示。
[0090] 表2相似度计算结果
[0092] 步骤50)利用最小二乘法估算筛选出的3个子序列的系统侧等效谐波阻抗值，计算 结果如表3所示。
[0093] 表3系统侧等效谐波阻抗计算结果
[0094]
[0095] 3个Zh取均值云,=1.4屯2，求解出的测量时间内的谐波电压责任如图3所示，图中横 坐标表示时间，纵坐标表示谐波电压责任百分数。
[0096] 通过变电站母线的额定电压等级与最小短路容量可W计算出系统侧的5次谐波阻 抗为1.50Q。实际由于系统侧与部分馈线并联，所W系统侧等效谐波阻抗应略小于1.50Q。 本实施中计算的结果为1.44Q，计算结果准确，符合实际情况。
[0097] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该 了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进 一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和 改进，运些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要 求书及其等效物界定。
【主权项】
1. 一种基于波形匹配的谐波电压责任的划分方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤10)采集谐波测试数据，形成谐波数据序列； 步骤20)设置基本匹配参数； 步骤30)计算欧氏距离:根据步骤20)设置的基本匹配参数，对步骤10)形成的谐波数据 序列按子序列顺序进行归一化处理，得到谐波样本数据，计算谐波样本数据中谐波电压与 谐波电流的欧氏距离； 步骤40)筛选子序列：计算每个子序列的相似度，筛选出相似度不小于设置值的子序 列； 步骤50)划分谐波责任:通过最小二乘法估算出筛选出的子序列的系统侧等效谐波阻 抗，利用等效谐波阻抗的均值，计算谐波电压责任。2. 根据权利要求1所述的基于波形匹配的谐波电压责任的划分方法，其特征在于，所述 的步骤10)具体包括:利用谐波测量装置，采集公共连接点在测量时间内的谐波电压幅值和 谐波电流幅值，并将该两种谐波测试数据形成如下式所示的谐波数据序列：式中，Up。。+表示谐波电压幅值；Ip。。-h表示谐波电流幅值;m表示谐波数据序列长度； Upc^h(I)表示第一次测量采集的谐波电压幅值，Ip。。- h(l)表示第一次测量采集的谐波电流 幅值，Upc^h(2)表示第二次测量采集的谐波电压幅值，I p。。-h(2)表示第二次测量采集的谐波 电流幅值，Upc^ h(m)表示第m次测量采集的谐波电压幅值，Ip。。-h(m)表示第m次测量采集的谐 波电流幅值;该谐波数据序列中的每一行为其一子序列。3. 根据权利要求2所述的基于波形匹配的谐波污染责任量化方法，其特征在于，所述的 步骤20)中，设置基本匹配参数包括设置滑动窗口长度L，滑动距离T及相似度设定值S。4. 根据权利要求3所述的基于波形匹配的谐波污染责任量化方法，其特征在于，所述的 步骤30)具体包括： 步骤301)滑动窗口从谐波数据序列的第1组数据开始，将滑动窗口内Upcc-h与Ipcc- h子序 歹I丨令則胂笪刹反I、团「-1 _ΠΛ J)q-仆涵翁为.式中，表不归一化后的谐波电压幅值，Upcc-h表不归一化之前的谐波电压幅值， Upcc-h-max表不Upcc-h中的取大值，Upcc-h-min表不Upcc-h中的取小值，表不归化后的谐波电 流幅值，Ipcc-h表不归化如的谐波电流幅值，Ipcc-h-max表不Ipcc-h中的取大值，Ipcc-h-min表 示I p。。-h中的最小值，M为一个L长度滑动窗口内谐波电压幅值或谐波电流幅值的数据数量;P 表示位于滑动窗口内的谐波电压幅值或谐波电流幅值的序号； 步骤302)按下式计算归一化后子序列中谐波电压幅值与谐波电流幅值的欧氏距离：式中，DIS表示归一化后子序列的序列点与.?的欧氏距离； 步骤303)滑动窗口向后移动T，重复步骤301)，直至滑动窗口覆盖了整个谐波测试数 据，得到K个子序列的欧氏距离。5. 根据权利要求4所述的基于波形匹配的谐波污染责任量化方法，其特征在于，所述的 步骤40)具体包括:计算K个子序列的欧氏距离均值为5?，每个子序列的谐波电压幅值与谐 波电流幅值的相似度表示为：式中，S(q)为第q个子序列的相似度，DlS(q)为第q个子序列的欧氏距离； 从K个子序列中筛选出相似度不小于相似度设定值S的子序列，设筛选出K'组子序列。6. 根据权利要求5所述的基于波形匹配的谐波污染责任量化方法，其特征在于，所述的 步骤50)具体包括： 步骤501)对筛选出的K'组子序列利用最小二乘法估算出K'个系统侧等效谐波阻抗值， 最小二乘法估算方法为： 将筛诜出的K'组子序列中的每一组子序列代入下式： 式中，Zh表示该组子序列的系统侧等效谐波阻抗值，Us表示该组子序列的系统侧背景谐 波电压值； 通过下式求解出该组子序列的Zh和Us:步骤502)对获得的K '个Zh值，取均值为g，通过下式求解出测量时间内的谐波电压责 任：式中，Tc表示用尸侧谐波电压贡任百分数，I = 1，2，"-nu
【文档编号】G01R23/16GK106019026SQ201610576849
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】邱海峰, 顾伟, 王旭冲, 储佳伟
【申请人】东南大学