一种基于最劣点分析的主动配电网电能质量监测方法

本发明属于主动配电网电能质量检测，具体涉及基于最劣点分析的低数据依赖主动配电网电能质量监测方法。

背景技术：

1、随着分布式能源的渗透率提升，单向潮流的传统配电网已经逐渐演变为具有双向潮流的主动配电网。主动配电网随之产生了复杂多样的电能质量问题，这对电网安全可靠运行带来了新的挑战。因此，为了合理、高效、高质量调控运行主动配电网，配电网电能质量监测具有重要的实际意义。但是，传统的电能质量监测方法普遍需要在配电网各处安装大量监测装置以获取海量数据进行电能质量分析，导致传感器与通信装置安装过程复杂，传输数据量巨大，成本十分高昂，极其不利于监测系统的大规模推广应用。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于最劣点分析的低数据依赖主动配电网电能质量监测方法，利用该方法可显著降低主动配电网电能质量监测的监测装置数量，且配置过程仅需电网拓扑，对电网阻抗等精确数据需求少，易于工程推广。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、低数据依赖主动配电网电能质量监测方法，结合阻抗分析方法与主动配电网固有特征进行了单分布式电源与多分布式电源接入时的电能质量最劣点分布特征分析。

4、一种基于最劣点分析的主动配电网电能质量监测方法，该方法包括以下步骤：

5、s1、根据主动配电网特征，分析确定主动配电网的主要电能质量问题；

6、s2、基于主要电能质量指标，结合阻抗建模方法进行单分布式电源接入时的最劣点分析；

7、s3、基于单分布式电源接入时的最劣点分析结果，结合主动配电网特征进行多分布式电源接入时的最劣点分析；

8、s4、根据最劣点分析结果，进行电能质量监测装置的最优配置。

9、在所述步骤s1中，主动配电网指对分布式能源即分布式电源、储能装置、柔性负荷进行综合控制的配电网；

10、从对用户影响程度，以及国内外标准重视程度考虑，针对表1中的电能质量指标进行分析，各指标的定义与相关标准阈值也附在表1中：

11、表1主要电能质量指标及其阈值

12、

13、表1中阈值来源gb/t12325,gb/t12326,gb/t 14549

14、表1中r指一小时内的电压变动次数。

15、所述步骤s2中，单分布式电源接入时的最劣点分析包括以下步骤：

16、s21、首先，建立单节点接入分布式电源的主动配电网阻抗等效模型,各段线路被建模为线路阻抗zfi，各节点负荷被建模为负荷阻抗zli，电网节点被建模成电压源uo和输出阻抗zo串联的戴维宁等效电路，分布式电源被建模为电流源is和输出阻抗zs并联的诺顿等效电路；

17、s22、在主动配电网阻抗等效模型下，分布式电源接入节点至公共连接点节点的等效阻抗写为

18、

19、其中，和分别为从分布式电源接入点至公共连接点侧的等效阻抗与从n号节点至公共连接点侧的等效阻抗，与分别为n号节点的负荷阻抗与线路阻抗；

20、由于,各节点线路阻抗负荷阻抗与节点等效阻抗的实部与虚部皆为正数，各节点等效阻抗关系写为

21、

22、其中为电网等效阻抗；

23、由式(1)与式(2)得

24、

25、其中，为i号节点的线路阻抗；

26、根据主动配电网阻抗等效模型分流关系结合式(3)推得电流分布为

27、

28、其中，与分别为分布式电源输出电流朝公共连接点流动分量与朝线路末端流动分量，为从分布式电源接入点至线路末端侧的等效阻抗；

29、额定电压分布式电源接入节点电压与各段阻抗有如下关系

30、

31、其中，α为电压偏差，ωn为电网额定角频率，与分别为n号节点，公共连接点，i号节点的电流；

32、由于与的实部都为正数，由式(5)推得

33、

34、代入式(4)得接入点两侧电流分布比例为

35、

36、s23、在主动配电网设计合理的前提下，此时正常运行的主动配电网电压偏差α在-0.1p.u.至0.1p.u.之间，得

37、

38、在比额定频率更高的谐波频段电流分布关系为

39、

40、考虑负荷的分流作用与阻抗的正阻性，得到如下关系式：

41、

42、其中，与分别为接入点台区变压器侧的上一个节点的线路电流与负荷电流；

43、接入点两侧节点线路电流与其他各节点线路电流关系写为

44、

45、结合式(9)得，分布式电源接入点与其他任意节点的各次谐波幅值关系为

46、

47、s24、由式(12)得谐波电流、电流偏差、电流瞬变有如下分布特征

48、

49、其中，thdia和thdii分别为分布式电源接入节点与i号节点的电流畸变率，δia为分布式电源接入节点的电流偏差，δita为分布式电源接入节点的电流瞬变；

50、电压类电能质量指标分布关系写为

51、

52、其中，thdua和thdui分别为分布式电源接入节点和其他i号节点的电压畸变率，δua和δui分别为分布式电源接入节点和其他i号节点的电压偏差，δuta和δuti分别为分布式电源接入节点和其他i号节点的电压瞬变。

53、所述步骤s3中，多分布式电源接入时的最劣点分析包含以下步骤：

54、s31、利用近似叠加定理分析多分布式电源接入下的电能质量；

55、单分布式电源接入时的电流类电能质量指标即电流谐波分布特征用式(15)表示

56、

57、其中，ik(i)为第k个分布式电源接入后在节点i处产生的电流，ilk为接入点至变压器节点间的电流，irk为接入点至末端节点间的电流ilk＝itopk-klk(numdgk-i)，irk＝ibotk+krk(i-numdgk)，itopk与ibotk分别为ilk最大值与irk最小值，klk与krk分别为接入点至变压器节点间的电流变化率与接入点至末端节点间的电流变化率，numdgk为公共连接点至线路末端方向的第k个分布式电源的节点编号，并且itopk＞ibotk，klk＞0，krk＞0；

58、忽略光照强度差异，认为itopk＝itop，ibotk＝ibot；

59、根据叠加定理，当γ个分布式电源同时接入时，电流类电能质量指标分布关系i(i)写为

60、

61、由式(15)得ilk＞irk,klk＞0；故，当k＝numdg1时，i(k)为最大值；

62、s32、单分布式电源接入时的电压类电能质量指标分布特征用式(17)表示

63、

64、其中，uk(i)为第k个分布式电源接入在节点i处产生的电压，ulk为接入点至变压器节点间的电压，urk为接入点至末端节点间的电压，ulk＝utopk-kl′k(numdgk-i)，urk＝utopk-k′rk(i-numdgk)，utopk为ulk最大值，kl′k与k′rk分别为接入点至变压器节点间的电流变化率与接入点至末端节点间的电流变化率，并且kl′k＞0，k′rk＞0；

65、当γ个分布式电源同时接入时，电压类电能质量指标分布关系u(i)写为

66、

67、由式(18)得utopk＞ulk，k′rk＞0；故，当k＝numdgγ时，u(k)为最大值。

68、所述步骤s4中，进行电能质量监测装置的最优配置方法为，根据测量最恶劣点的原则，电流监测装置的最佳安装位置为离公共连接点最近的分布式电源接入节点ki，ki＝numdg1；电压监测装置的最佳安装位置为离线路末端最近的分布式电源接入节点ku，ku＝numdgγ。

69、与现有方法相比，本发明的有益效果是：

70、1)根据本发明所提供的电能质量监测方法，在一段线性配电网中，无论规模大小，仅需安装两个监测设备，远少于传统方法。

71、2)本发明所提供的方法，在进行优化配置时无需线路阻抗，负荷容量，电源容量等不易获得且随时间变化的数据，仅需线路拓扑来确定线路末端与公共连接点的位置安装监测设备。工程可行性优于其他传统方法。