一种基于参数估计的谐波分析系统的制作方法

本发明属于谐波分析技术领域。

背景技术：

随着市场经济的大力发展和生产力的提升，对电力的需求越来越大，随之而来的是大量非线性负载和新能源发电设备接入电网，导致电力系统的谐波污染问题越来越严峻，直接影响电网的稳定性和设备的安全寿命。

为此，电力系统已经越来越多的进行谐波分析，但传统的谐波分析系统仅仅停留在产生常规报表阶段，并不能通过自动分析获取谐波源的等效电动势和等效阻抗等重要的特征信息，而且在获取测得的历史数据后，需要人工大量的介入，获取报表。并且报表的形式均停留在谐波幅值的柱状图或包含最大值、最小值、95%概率值等常规统计信息的日、周、月报表。由于传统谐波分析理念的落后，系统算法的低效，已经越来越影响电力系统谐波分析的效率和准确性，并且原先的谐波分析系统由于理念的落后出现大量无效分析，甚至误分析的现象。

技术实现要素：

基于早期的谐波分析系统不能满足新阶段的谐波分析需求，针对区域内的多条线路，本发明提出了一种基于参数估计的谐波分析系统，以适应当前复杂状态下的谐波分析。

本发明包括至少一组支路、多线路综合判定模块、存储模块和显示模块，所述存储模块和显示模块分别连接在多线路综合判定模块的信号输出端；每一组支路设有数据源模块、序列发生器和参数估计模块，数据源模块的信号输出端连接在序列发生器的信号输入端，序列发生器的信号输出端连接在参数估计模块的信号输入端，每一组支路的参数估计模块的信号输出端分别连接多线路综合判定模块的信号输入端。

每一组支路的谐波参数估计模块是针对该组的h次谐波等效电路，它是利用监测点的h次谐波电压和电流来估计该线路的h次谐波等效电动势和等效阻抗。

本发明所述数据源模块输出的信号为实时监测谐波监测装置输出的实时数据或为历史的第n个h次谐波电压幅值和相角、h次谐波电流幅值和相角。

数据源模块可以是现场布设的实时监测谐波监测装置输出的实时数据，也可以是存储在硬盘中的历史数据记录。也就是说，本发明的输入可以使多样的，既可以接受实时数据进行在线的参数估计，也可以对历史数据进行离线的参数估计，具体取决于实际应用场合。

序列发生器、参数估计模块和多线路综合判定模块为运行于硬件处理设备中的对应的软件代码。多线路综合判定模块对于M个参数估计模块输出的结果进行采集，并且根据用户设定的目标线路和参数估计模块的错误标记进行判断，错误并且需要显示的生成日志存储在存储模块中，并且通过显示模块发送给用户，以便用户可以及时发现、解决问题。

硬件处理设备可以是一台个人电脑，也可以是一台高性能的服务器。考虑到数据量和运算速度，通常是一套高性能的服务器，以达到快速的分析计算。本发明通过显示器显示将显示的输出信息，存储设备为大容量的硬盘存储器，用于存储分析的结果。

所述序列发生器将由数据源模块输出的数据，按照时域升序将谐波电压、电流瞬时值发送给参数估计模块。

每一组支路的参数估计模块根据以下公式分别计算取得谐波电压实部值、谐波电压虚部值、谐波电流实部值和谐波电流虚部值：

其中，n=1，2，…，N；h为大等于1的整数值；

每一组支路的参数估计模块再采用以下公式计算出矩阵Ah和向量Bh：

；

；

令；

为谐波源参数等效电阻值；为谐波源参数等效电抗的估计值；

谐波源参数估计计算公式是：

；

令持续激励值；

以上h为h次谐波；

设Dh为持续激励阈值，Dh为0.1～1.0；

每一组支路的参数估计模块通过以下公式分别计算出h次谐波等效电动势的估计值和h次谐波等效阻抗的估计值：

；

。

本发明将传统的人工分析转变为智能化分析，引入参数估计理论，得出传统的分析系统无法得到的电网谐波的等效阻抗和等效谐波电动势关键信息，传统的人工介入分析转化为智能辅助，提高分析的效率，提高谐波分析的严谨性。

本发明还具有输入输出格式的多样化，离线分析工作模式下输入可以是历史数据，在线分析模式可以是实测实时数据，应用场合多样灵活。

本发明每一支路中的谐波参数估计模块是针对1条线路的h次谐波等效电路，它是利用监测点的h次谐波电压和电流来估计该线路的h次谐波等效电动势和等效阻抗。

是h次谐波等效电动势， 是h次谐波等效阻抗，是监测点的h次谐波电压， 是监测点的h次谐波电流。

、称为谐波源参数， 、是缓慢变化的。、是监测点实测参数，每隔一定的时间给出1组实测的和——称为瞬时值，、是平稳随机过程。

由于谐波源参数和是缓慢变化的，需要每N个数据序列进行1次谐波源参数估计，就是用N个谐波电压、电流瞬时值计算出1组谐波源参数估计值和，，。

如果忽略A、B、C相的标识，第n个h次谐波电压幅值和相角可分别记为和 、h次谐波电流幅值和相角可分别记为和，根据 、、、首先计算出：

（11）

（12）

（13）

（14）

。然后将N组{}（）代入下列矩阵Ah和向量Bh：

（15）

（16）

定义 （17）

其中，、、分别是谐波源参数等效电阻和等效电抗的估计值。

谐波源参数估计计算公式是：

（18）

上列公式中4×4矩阵的可逆性决定了测量数据是否符合持续激励条件——参数估计的基本条件。令

（19）

定义一个“持续激励阈值” ——Dh，Dh一般取0.1～1.0。

如果计算出来的dh＜Dh，则这组测量数据不符合持续激励条件——这组参数估计结果必须丢弃。

如果某监测点有一半以上的参数估计结果被丢弃，则认为该监测点不符合持续激励条件——输出结果中加以说明，对不符合持续激励条件的监测点不要给出参数估计结果。

最后计算出h次谐波等效电动势的估计值：

h次谐波等效阻抗的估计值：

进一步地，本发明每一组支路的参数估计模块由缓存模块、矩阵计算模块和评测判定模块组成，该组支路的序列发生器的信号输出端连接在缓存模块的信号输入端，缓存模块的信号输出端连接在矩阵计算模块的信号输入端，矩阵计算模块的信号输出端连接在评测判定模块的信号输入端；各组支路的评测判定模块的信号输出端分别连接在多线路综合判定模块的信号输入端。

本发明区别与已有的同类产品的突出优点：

1、已有的同类产品只具备谐波常规分析功能，不具备谐波等效电动势和谐波等效阻抗的分析功能，本产品填补了谐波分析系统在谐波源等效电动势和等效阻抗内容的空白。

2、已有的同类产品只监测公共连接点（PCC）的谐波幅值或者含有率大小，无法获得区域内每条线路的谐波源的参数分布结果，本发明可以获取区域内多条线路的谐波参数分布，克服已有技术缺陷。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的参数估计模块的原理框图。

具体实施方式

本发明提供了一种利用参数估计计算出线路谐波源等效电动势和等效电阻的技术方案。

参见图1所示，本发明由1至M组支路、多线路综合判定模块1、存储模块2和显示模块3组成。存储模块2和显示模块3分别连接在多线路综合判定模块1的信号输出端。

以上M为大于1小于100的整数值。

每一组支路设有数据源模块41、序列发生器42和参数估计模块43，数据源模块41的信号输出端连接在序列发生器42的信号输入端，序列发生器42的信号输出端连接连接在参数估计模块43的信号输入端，每一组支路的参数估计模块43的信号输出端分别连接多线路综合判定模块1的信号输入端。

由图1可知，本发明可对多条线路的谐波数据源进行参数估计，并综合判定谐波源参数的在各线路的分布情况，并可将参数估计的结果通过多线路综合判定模块1作出分析后存储并显示给用户查看。显示设备是LCD显示器，存储设备为大容量的硬盘存储器。

如图2所示，每一组支路的参数估计模块由缓存模块431、矩阵计算模块432和评测判定模块433组成，该组支路的序列发生器42的信号输出端连接在缓存模块431的信号输入端，缓存模块431的信号输出端连接在矩阵计算模块432的信号输入端，矩阵计算模块432的信号输出端连接在评测判定模块433的信号输入端。各组支路的评测判定模块433的信号输出端分别连接在多线路综合判定模块1的信号输入端。

如果是实时谐波分析，则参数估计模块43自序列发生器42传输出的数据源提供的值，先存放到缓存模块431内，等到接收完N个值后进行矩阵运算。矩阵运算完成后还要进行参数估计有效性判定，有效性判定的依据矩阵 是否可逆，若矩阵可逆，则符合持续激励的假设前提，若不可逆，则不符合参数估计的基本条件。矩阵可逆的等价条件是行列式值不为零。对矩阵求行列式值，如果结果小于定义好的持续激励阈值，则认为不符合条件，本次谐波参数估计结果失效。如果符合条件，则输出结果到图2所示的综合判定模块。

各数据源模块41采集的数据信息可以是现场布设的实时监测谐波监测装置输出的实时数据，也可以是存储在硬盘中的历史数据记录。也就是说，本发明的输入可以使多样的，即可以接受实时数据进行在线的参数估计，也可以对历史数据进行离线的参数估计，具体取决于实际应用场合。

各序列发生器41、参数估计模块43和多线路综合判定模块1为运行于硬件处理设备中的对应的软件代码。硬件处理设备可以是一台个人电脑，也可以是一台高性能的服务器。考虑到数据量和运算速度，通常是一套高性能的服务器，以达到快速的分析计算。

数据源模块输出的信号为实时监测谐波监测装置输出的实时数据或为历史的第n个h次谐波电压幅值和相角、h次谐波电流幅值和相角。

序列发生器将由数据源模块输出的数据，按照时域升序将谐波电压、电流瞬时值发送给参数估计模块。

每一组支路的参数估计模块根据以下公式分别计算取得谐波电压实部值、谐波电压虚部值、谐波电流实部值和谐波电流虚部值：

其中，n=1，2，…，N；h为大等于1的整数值。

每一组支路的参数估计模块再采用以下公式计算出矩阵Ah和向量Bh：

；

；

令；

以上为谐波源参数等效电阻值；为谐波源参数等效电抗的估计值。

谐波源参数估计计算公式是：

。

令持续激励值 。

以上h为h次谐波。

设Dh为持续激励阈值，Dh为0.1～1.0。

每一组支路的参数估计模块通过以下公式分别计算出h次谐波等效电动势的估计值和h次谐波等效阻抗的估计值：

；

。

本例中有M组，如M为10时，则每一组支路的参数估计模块分别估算取得各组相应的h次谐波等效电动势的估计值和h次谐波等效阻抗的估计值，共有10组支路的估计值分别由多线路综合判定模块1采集获得。

图1所示的显示模块3可以显示出单组线路的参数估计得到的各次谐波的谐波源等效电动势、等效电阻以及谐波电流的趋势图，也可以选中某一次谐波，将所有线路的谐波电流综合展示出来，可以清晰看出不同时刻各个线路的谐波电流大小及变化趋势。显示的方式可以选择为表格和趋势图。

由图2可见，每个参数估计模块43的输入为对应的某条线路的若干组电压电流序列，经过数据缓存模块431和矩阵运算模块432后再由评测判定模块433对计算出来的结果的有效性进行判断，如dh＜Dh，则这组测量数据不符合持续激励条件，该组参数估计结果被多线路综合判定模块1丢弃；如果某监测点有一半以上的参数估计结果被丢弃，则认为该监测点不符合持续激励条件——输出结果中加以说明，对不符合持续激励条件的监测点不要给出参数估计结果。如果有效则进行计算给后端的多线路综合判定模块1，否则对本次的参数估计做出错误标记。

多线路综合判定模块1对于M个参数估计模块输出的结果进行采集，并且根据用户设定的目标线路和参数估计模块的错误标记进行判断，错误并且需要显示的生成日志存储在存储模块2中，并且通过显示模块1发送给用户，以便用户可以及时发现、解决问题。