一种不平衡源定位方法、系统及装置与流程

本申请涉及电力系统领域，特别是涉及一种不平衡源定位方法、系统及装置。

背景技术：

电力系统不平衡负荷安装允许的技术标准报告iec/tr61000-3-13—2008颁布后，电力系统的三相不平衡问题引起了电力部门的关注。当电力系统处于三相不平衡运行状态时，上下游侧在公共连接点处的不平衡电压和电流会对电力设备造成一系列不良影响，如引起电气设备发热增加，降低电气设备的效率；缩短电气设备使用寿命，不利于电力系统的经济运行等问题。目前，对于不平衡源的定位研究比较少，导致工作人员无法明确上游侧不平衡源和下游侧不平衡源对公共连接点处的电压不平衡贡献的责任，及时对占主导地位的不恒源采取合理措施。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种不平衡源定位方法、系统及装置，可以快速定位占主导地位的不平衡源，以便工作人员及时对占主导地位的不平衡源采取相应措施。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种不平衡源定位方法，包括：

建立用于公共连接点处不平衡源定位的负序诺顿等效电路图；

获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在所述公共连接点产生的三相不平衡数据；

通过基于负熵的fastica算法分离出所述三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗；

根据所述上游侧阻抗及所述下游侧阻抗计算所述上游侧不平衡负荷在所述公共连接点的上游侧不平衡电压和所述下游侧负荷在所述公共连接点的下游侧不平衡电压；

利用所述上游侧不平衡电压和所述下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置。

优选的，所述获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在所述公共连接点产生的三相不平衡数据之后，通过基于负熵的fastica算法分离出所述三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗之前，该不平衡源定位方法还包括：

通过对称分量法将所述三相不平衡数据转换为序分量矩阵；

相应的，所述通过基于负熵的fastica算法分离出所述三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗的过程具体为：

通过基于负熵的fastica算法分离出所述序分量矩阵中的上游侧阻抗及下游侧阻抗。

优选的，所述通过对称分量法将所述三相不平衡数据转换为序分量矩阵之前，该不平衡源定位方法还包括：

对所述三相不平衡数据进行傅里叶分解，得到三相基频分量数据；

相应的，所述通过对称分量法将所述三相不平衡数据转换为序分量矩阵的过程具体为：

通过对称分量法将所述三相基频分量数据转换为序分量矩阵。

优选的，所述通过基于负熵的fastica算法分离出所述三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗的过程具体为：

根据所述三相不平衡数据得到观测数据；

对所述观测数据依次进行去均值处理和白化处理；

通过负熵极大化法和所述白化处理后的数据计算目标矩阵；

当所述目标矩阵收敛，获取对应的解混矩阵，通过所述解混矩阵得到上游侧阻抗的实部和虚部及下游侧阻抗的实部和虚部。

优选的，所述根据所述上游侧阻抗及所述下游侧阻抗计算所述上游侧不平衡负荷在所述公共连接点的上游侧不平衡电压和所述下游侧负荷在所述公共连接点的下游侧不平衡电压的过程具体为：

通过所述上游侧阻抗、所述下游侧阻抗获取混合系数；

根据所述混合系数计算上游侧负序等效阻抗和下游侧负序等效阻抗；

利用下游侧不平衡电压关系式和叠加关系式计算上游侧不平衡负荷单独作用时的上游侧不平衡电压及下游侧不平衡负荷单独作用时的下游侧不平衡电压；

其中，所述下游侧不平衡关系式为所述叠加关系式为为所述下游侧不平衡电压，为所述上游侧不平衡电压，为所述公共连接点的负序电压，为所述公共连接点的负序电流，zxt2为所述上游侧负序等效阻抗，zyh2为所述下游侧负序等效阻抗。

优选的，所述利用所述上游侧不平衡电压和所述下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置的过程具体为：

计算所述上游侧不平衡电压贡献的上游侧不平衡指标及所述下游侧不平衡电压贡献的下游侧不平衡指标；

根据所述上游侧不平衡指标和所述下游侧不平衡指标确定不平衡源的位置。

优选的，所述计算所述上游侧不平衡电压贡献的上游侧不平衡指标及所述下游侧不平衡电压贡献的下游侧不平衡指标的过程具体为：

根据第一向量投影关系式计算所述上游侧不平衡电压贡献的上游侧不平衡指标，根据第二向量投影关系式计算所述下游侧不平衡电压贡献的下游侧不平衡指标，其中，所述第一向量投影关系式为所述第二向量投影关系式为所述上游侧不平衡指标，为所述下游侧不平衡指标，δ为的方向角，β为的方向角。

优选的，所述根据所述上游侧不平衡指标和所述下游侧不平衡指标确定不平衡源的位置的过程具体为：

当时，判定上游侧的不平衡源占主导地位；

当时，判定下游侧的不平衡源占主导地位。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种不平衡源定位系统，包括：

构建模块，用于建立用于公共连接点处不平衡源定位的负序诺顿等效电路图；

获取模块，用于获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在所述公共连接点产生的三相不平衡数据；

盲源分离模块，用于通过基于负熵的fastica算法分离出所述三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗；

计算模块，用于根据所述上游侧阻抗及所述下游侧阻抗计算所述上游侧不平衡负荷在所述公共连接点的上游侧不平衡电压和所述下游侧负荷在所述公共连接点的下游侧不平衡电压；

定位模块，用于利用所述上游侧不平衡电压和所述下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种不平衡源定位系统装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述不平衡源定位方法的步骤。

本申请提供了一种不平衡源定位方法，包括：建立用于公共连接点处不平衡源定位的负序诺顿等效电路图；获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在公共连接点产生的三相不平衡数据；通过基于负熵的fastica算法分离出三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗；根据上游侧阻抗及下游侧阻抗计算上游侧不平衡负荷在公共连接点的上游侧不平衡电压和下游侧负荷在公共连接点的下游侧不平衡电压；利用上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置。

在实际应用中，采用本申请的方案，对于电力系统的公共连接点pcc处，将其上、下游侧等效为负序诺顿等效电路图，然后通过基于负熵的fastica算法对pcc处测得的三相不平衡数据进行盲源分离，根据上、下游侧的不平衡电压确定不平衡源的主导地位在哪一侧，定位速度快，便于工作人员及时对占主导地位的不平衡源采取相应措施。

本申请还提供了一种不平衡源定位系统及装置，具有和上述不平衡源定位方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种不平衡源定位方法的步骤流程图；

图2为本申请所提供的一种诺顿等值电路图；

图3为本申请所提供的一种负序电压向量关系示意图；

图4为本申请所提供的一种不平衡源定位系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种不平衡源定位方法、系统及装置，可以快速定位占主导地位的不平衡源，以便工作人员及时对占主导地位的不平衡源采取相应措施。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种不平衡源定位方法的步骤流程图，包括：

步骤1：建立用于公共连接点处不平衡源定位的负序诺顿等效电路图；

可以理解的是，上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压在公共连接点pcc处的叠加形成了整个电力系统的不平衡电压。参照图2所示，可将上游侧不平衡负荷可以等效为一个电流源和一个负序等效阻抗zxt2的并联，下游侧不平衡负荷也可以等效为一个电流源和一个负序等效阻抗zyh2的并联，由图2所示的负序诺顿等效电路图可列写方程如下：

由式(1)可以得到pcc处负序电压和负序电流通过数学变换分离将式(1)写成复数形式，简化得到式(2)：

其中，δup2,re为负序电压的实部，δup2,im为负序电压的虚部，δip2,re为负序电流的实部，δip2,im为负序电流的虚部，δiyh2,re为上游侧阻抗的实部，δiyh2,im为上游侧阻抗的虚部，δixt2,re为上游侧阻抗的实部，δixt2,re为上游侧阻抗的虚部。

在式(2)中：aij(i,j＝1,2,3,4)为不平衡电流波动的系数，它的大小只与zxt2和zyh2有关。

步骤2：获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在公共连接点产生的三相不平衡数据；

具体的，测量pcc处实测的三相电压和三相电流pcc处实测三相不平衡数据数据为上下游侧的不平衡负荷叠加得到的，对pcc处的三相不平衡数据进行分离处理，即可得到上下游侧各自不平衡数据的贡献。

进一步的，将测量得到的三相不平衡相分量数据通过对称分量法，转化为对称的序分量数据，三相电压的序分量数据参照式(3)所示，三相电流的序分量数据参照式(4)所示：

其中，α＝e^j2π/3，为正序电压，为负序电压，为零序电压，为正序电流，为负序电流，为零序电流。

进一步的，为了降低噪音干扰，提高本申请所获取的三相不平衡数据的精准性，可以对三相不平衡相分量数据进行傅里叶分解，得到各相电量的基频分量(即三相基频分量数据)，然后利用对称分量法将各相电量的基频分量转换为序分量数据，以便进行后续处理。

步骤3：通过基于负熵的fastica算法分离出三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗；

具体的，在外来干扰信号很小的情况下，可以将获取上下游侧单独的不平衡贡献看作是盲源分离问题。ica(independentcomponentanalysis，独立分量分析)是一种近几年刚出现的信号处理技术，它是伴随着盲信源问题而发展起来的，故又称盲分离(blindsouroeseparate)。盲源分离是指从我们观测得到的混合信号，恢复得到源信号(一般都是多源信号输入)。盲源分离的数学模型参照式(5)：

x(t)＝as(t)(5)

其中：s(t)为由s1(t)，s2(t)，…，sn(t)等所有源信号构成的列向量；x(t)为由x1(t)，x2(t)，…，xm(t)等可观察信号构成的列向量，a为一个m×n维矩阵，称为混合矩阵，反映源信号s(t)在观测信号中的权重比例。

fastica算法即快速独立分量分析，也叫固定点算法(fixed-point)，是一种快速寻优迭代算法，本质上是利用最大熵原理来近似负熵，并通过一个合适的非线性函数使其达到最优。fastica算法具有收敛速度快；不需要选择步长参数，更加易于使用；能通过使用一个非线性函数便能直接找出任何非高斯分布的独立分量；且独立分量可被逐个估计出来，在仅需要估计几个(不是全部)独立分量的情况下，能极大地减小计算量。

在上述介绍的基础上可知，x(t)为可观察到的信号，即步骤2中可得到的pcc处的负序电压的实部和虚部及负序电流的实部和虚部，s(t)未知源信号，本申请中，未知源信号具体可以包括上游侧阻抗的实部和虚部以及下游侧阻抗的实部和虚部，通过基于负熵的fastica算法可以分离出上游侧阻抗的实部和虚部及下游侧阻抗的实部和虚部，由于基于负熵的fastica算法具有计算量小、计算速度快的优势，因此，可以实现快速的盲源分离，从而提高对不平衡源的定位速度。

步骤4：根据上游侧阻抗及下游侧阻抗计算上游侧不平衡负荷在公共连接点的上游侧不平衡电压和下游侧负荷在公共连接点的下游侧不平衡电压；

步骤5：利用上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置。

可以理解的是，参照叠加定理，pcc处的负序电压为上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压的和，在计算得到上、下游阻抗的基础上，分析上游侧不平衡源或下游侧不平衡源单独作用时，产生的上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压由矢量的性质可知，会形成一个收尾封闭的矢量三角形如图3所示，以所指方向为横轴，对进行矢量分解，和分别为上游侧不平衡电压矢量和下游侧不平衡电压矢量在上的投影，通过横轴投影可以分别计算出上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压对pcc处负序不平衡电压的贡献。

具体的，可以根据第一向量投影关系式计算上游侧不平衡电压贡献的上游侧不平衡指标，根据第二向量投影关系式计算下游侧不平衡电压贡献的下游侧不平衡指标，其中，为上游侧不平衡指标，为下游侧不平衡指标。当时，判定上游侧的不平衡源占主导地位；当时，判定下游侧的不平衡源占主导地位，在确定占主导地位的不平衡源后，工作人员及时采取相应措施，以降低不平衡电压和不平衡电流对电力设备造成的影响。

本申请提供了一种不平衡源定位方法，包括：建立用于公共连接点处不平衡源定位的负序诺顿等效电路图；获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在公共连接点产生的三相不平衡数据；通过基于负熵的fastica算法分离出三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗；根据上游侧阻抗及下游侧阻抗计算上游侧不平衡负荷在公共连接点的上游侧不平衡电压和下游侧负荷在公共连接点的下游侧不平衡电压；利用上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置。

在实际应用中，采用本申请的方案，对于电力系统的公共连接点pcc处，将其上、下游侧等效为负序诺顿等效电路图，然后通过基于负熵的fastica算法对pcc处测得的三相不平衡数据进行盲源分离，根据上、下游侧的不平衡电压确定不平衡源的主导地位在哪一侧，定位速度快，便于工作人员及时对占主导地位的不平衡源采取相应措施。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，通过基于负熵的fastica算法分离出三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗的过程具体为：

根据三相不平衡数据得到观测数据；

对观测数据依次进行去均值处理和白化处理；

通过负熵极大化法和白化处理后的数据计算目标矩阵；

当目标矩阵收敛，获取对应的解混矩阵，通过解混矩阵得到上游侧阻抗的实部和虚部及下游侧阻抗的实部和虚部。

具体的，基于负熵的fastica算法分离出三相不平衡数据中的上游侧阻抗的实部和虚部及下游侧阻抗的实部和虚部具体过程如下：

步骤s1：对上述步骤中获取到的观测数据进行预处理；

可以理解的是，观测数据包括负序电压的实部和虚部、负序电流的实部和虚部，预处理包括白化处理和去均值处理。对观测数据去均值，是为了从观测数据中减去信号的均值向量，使得观测数据成为零均值向量，以简化ica算法，另外，考虑到一般情况下所获得的观测数据都具有相关性，通常都要求对数据进行初步的白化或球化处理，因为白化处理可去除各观测数据之间的相关性，从而简化后续独立分量的提取过程。通常情况下，数据进行白化处理后，可以使基于负熵的fastica算法具有更好的收敛性和稳定性。具体的，设预处理前的观测数据为x，预处理后的数据为y。

步骤s2：确定希望得到的独立分量个数m；

具体的，本申请独立分量分别为上游侧阻抗的实部和虚部、下游侧阻抗的实部和虚部，因此，独立分量的个数可以设为4。

步骤s3：设置迭代次数，并初始化wi(i＝1,2,3,4)；

具体的，对于负熵，采用近似公式j(y)≈k[e{g(y)}-e{g(v)}]²，令g(x)＝y⁴。根据负熵极大化法，需要确定一个单位长度向量w，使j(w^tz)负熵极大。

步骤s4：令w＝[w1,w2,w3,w4]，并做正交化处理得到w^t＝[w1,w2,w3,w4]^t，对ww^t进行特征值分解，(ww^t)^-1/2＝eb^-1/2e^t，进而得到解混矩阵b；

具体的，j(w^tz)负熵极大时，有以下方程：ψ＝e{zg⁽¹⁾(w^tz)}+αw＝0，对ψ求雅可比矩阵如下：对上述雅可比矩阵进行近似处理，得到近似牛顿迭代公式如下：w←w-e{zg⁽¹⁾(w^tz)+αw}/e{g⁽²⁾(w^tz)+α}，w←w/||w||2，进一步化简可得，w←e{zg⁽¹⁾(w^tz)}/e{g⁽²⁾(w^tz)}w，根据上式可得到w＝[w1,w2,w3,w4]。

步骤s5：判断w是否收敛，若否，执行步骤s4，直至分离出所有源向量；

具体的，将式(2)写成ica标准矩阵形式：

x＝ai＝bi(6)

其中：x＝[δup2,re,δup2,im,δip2,re,δip2,im]^t，i＝[δiyh2,re,δiyh2,im,δixt2,re,δixt2,re]。

通过步骤s1-步骤s5对x进行解混，可以得到四个独立的源信号ij，j＝1,2,3,4。

通过式(7)可以得到上游侧阻抗的实部和虚部、下游侧阻抗的实部和虚部。

作为一种优选的实施例，根据上游侧阻抗及下游侧阻抗计算上游侧不平衡负荷在公共连接点的上游侧不平衡电压和下游侧负荷在公共连接点的下游侧不平衡电压的过程具体为：

通过上游侧阻抗、下游侧阻抗获取混合系数；

根据混合系数计算上游侧负序等效阻抗和下游侧负序等效阻抗；

利用下游侧不平衡电压关系式和叠加关系式计算上游侧不平衡负荷单独作用时的上游侧不平衡电压及下游侧不平衡负荷单独作用时的下游侧不平衡电压；

其中，下游侧不平衡关系式为叠加关系式为为下游侧不平衡电压，为上游侧不平衡电压，为公共连接点的负序电压，为公共连接点的负序电流，zxt2为上游侧负序等效阻抗，zyh2为下游侧负序等效阻抗。

具体的，由最小二乘法计算ij的混合系数ki，ki＝[k1ik2ik3ik4i]^t，由此可得：ki＝(i^ti)^-1i^txi,i＝1,2,3,4，可以理解的是，混合系数ki中的元素kij与式(2)中的aij成比例关系，即：kij＝aij/λj，通过数学化简可以得到：

进一步求解可得：

通过式(8)-式(11)即可确定计算上游侧负序等效阻抗和下游侧负序等效阻抗；利用下游侧不平衡电压关系式和叠加关系式计算上游侧不平衡负荷单独作用时的上游侧不平衡电压及下游侧不平衡负荷单独作用时的下游侧不平衡电压；

其中，下游侧不平衡关系式为叠加关系式为

请参照图4，图4为本申请所提供的一种不平衡源定位系统的结构示意图，包括：

构建模块1，用于建立用于公共连接点处不平衡源定位的负序诺顿等效电路图；

获取模块2，用于获取上游侧不平衡负荷和下游侧不平衡负荷在公共连接点产生的三相不平衡数据；

盲源分离模块3，用于通过基于负熵的fastica算法分离出三相不平衡数据中的上游侧阻抗及下游侧阻抗；

计算模块4，用于根据上游侧阻抗及下游侧阻抗计算上游侧不平衡负荷在公共连接点的上游侧不平衡电压和下游侧负荷在公共连接点的下游侧不平衡电压；

定位模块5，用于利用上游侧不平衡电压和下游侧不平衡电压确定占主导地位的不平衡源的位置。

作为一种优选的实施例，该不平衡源定位系统还包括：

转换模块，用于通过对称分量法将三相不平衡数据转换为序分量矩阵；

相应的，盲源分离模块3具体用于：

通过基于负熵的fastica算法分离出序分量矩阵中的上游侧阻抗及下游侧阻抗。

作为一种优选的实施例，该不平衡源定位系统还包括：

分解模块，用于对三相不平衡数据进行傅里叶分解，得到三相基频分量数据；

相应的，转换模块具体用于：

通过对称分量法将三相基频分量数据转换为序分量矩阵。

作为一种优选的实施例，盲源分离模块3包括：

处理单元，用于根据三相不平衡数据得到观测数据，对观测数据依次进行去均值处理和白化处理；

第一计算单元，用于通过负熵极大化法和白化处理后的数据计算目标矩阵；

分离单元，用于当目标矩阵收敛，获取对应的解混矩阵，通过解混矩阵得到上游侧阻抗的实部和虚部及下游侧阻抗的实部和虚部。

作为一种优选的实施例，计算模块4包括：

获取单元，用于通过上游侧阻抗、下游侧阻抗获取混合系数；

第二计算单元，用于根据混合系数计算上游侧负序等效阻抗和下游侧负序等效阻抗；

第三计算单元，利用下游侧不平衡电压关系式和叠加关系式计算上游侧不平衡负荷单独作用时的上游侧不平衡电压及下游侧不平衡负荷单独作用时的下游侧不平衡电压；

其中，下游侧不平衡关系式为叠加关系式为为下游侧不平衡电压，为上游侧不平衡电压，为公共连接点的负序电压，为公共连接点的负序电流，zxt2为上游侧负序等效阻抗，zyh2为下游侧负序等效阻抗。

作为一种优选的实施例，定位模块5包括：

第四计算单元，用于计算上游侧不平衡电压贡献的上游侧不平衡指标及下游侧不平衡电压贡献的下游侧不平衡指标；

定位单元，用于根据上游侧不平衡指标和下游侧不平衡指标确定不平衡源的位置。

作为一种优选的实施例，第四计算单元具体用于：

根据第一向量投影关系式计算上游侧不平衡电压贡献的上游侧不平衡指标，根据第二向量投影关系式计算下游侧不平衡电压贡献的下游侧不平衡指标，其中，第一向量投影关系式为第二向量投影关系式为上游侧不平衡指标，为下游侧不平衡指标，δ为的方向角，β为的方向角。

作为一种优选的实施例，定位单元具体用于：

当时，判定上游侧的不平衡源占主导地位；

当时，判定下游侧的不平衡源占主导地位。

本申请所提供的一种不平衡源定位系统，具有和上述不平衡源定位方法相同的有益效果。

对于本申请所提供的一种不平衡源定位系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

相应的，本申请还提供了一种不平衡源定位系统装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任意一项不平衡源定位方法的步骤。

本申请所提供的一种不平衡源定位装置，具有和上述不平衡源定位方法相同的有益效果。

对于本申请所提供的一种不平衡源定位装置的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。