一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法及系统，利用近年来盲源分离理论中新兴的稀疏分量法，对其进行求解。首先，构建了负序电压责任量化的诺顿等值电路模型。其次，采用SCA算法，通过小波包变换，构建稀疏字典矩阵。进而，将稀疏字典矩阵作用于测得负序电压电流信号，使其线性聚类。最后，通过聚类直线的斜率，计算系统侧负序阻抗，并量化负序电压责任。本发明专利技术在电网中接入大量不平衡源后，系统侧负序电流不稳定的复杂工况下，仍能准确量化系统侧与用户侧的负序电压责任，对定位主导污染源，制定治理方案对等工具有指导意义。制定治理方案对等工具有指导意义。制定治理方案对等工具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法及系统


[0001]本专利技术涉及电能质量管理
，具体为一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，不平衡负荷大量接入电网，向系统中注入负序电流，劣化了电网的电能质量。现有方法难以在背景谐波波动的工况下准确量化谐波责任。如何在系统侧负序电流波动剧烈的复杂工况下，准确量化用户侧责任，是负序电压责任量化问题的难点。
[0003]现有的系统侧阻抗计算方法包括波动量法、一系列回归法、随机独立矢量协方差法、独立分量法等等。这些方法目前主要应用于谐波责任量化问题中。但由于负序电压与谐波的责任量化的等值模型彼此相似，因此上述方法也可应用于负序电压责任量化中。在这些方法中，波动量法作为该领域最经典的方法之一，利用PCC点谐波电压电流波动量计算谐波阻抗。该方法仅在背景谐波相对稳定的情况下才能保证计算精度，但在高电力电子化率下，PCC点系统侧含有大量复杂谐波源，加剧了背景谐波的波动。此外，波动量法仅利用相邻两测量谐波数据的波动特性进行计算，未涉及测量数据的统计特性，使得其计算结果易受奇异数据影响。
[0004]为提高算法计算精度，出现了一系列基于线性回归技术的谐波责任量化方法。该类方法通过回归直线的斜率来求解谐波阻抗并量化谐波责任，在一定程度上避免了单个奇异样本对计算结果带来的不利影响。但随着背景谐波波动加强，数据的线性聚类度下降，计算误差也随之增大。
[0005]为改善算法对背景谐波波动的免疫力，随机独立矢量协方差法被提出。该方法通过假设用户侧谐波阻抗远大于系统侧阻抗，认为背景谐波电压与公共线路谐波电流呈弱相关性。通过构建协方差方程，抵消背景谐波波动项对计算的影响。与此同时，独立分量法在一定程度上进一步优化了算法性能。
[0006]但总体而言，上述方法在背景谐波波动剧烈时仍存在较大误差。将上述方法应用于负序电压责任量化领域，也会面临相同的挑战。具体而言，如何在系统侧负序电流波动剧烈的复杂工况下，准确量化用户侧责任，是负序电压责任量化问题的难点。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于稀疏分量法的负序电压责任量化方法及系统，在电网中接入大量不平衡源后，系统侧负序电流不稳定的复杂工况下，仍能准确量化系统侧与用户侧的负序电压责任，对定位主导污染源，制定治理方案对等工具有指导意义。
[0008]技术方案如下：
[0009]一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：将电网从PCC点划分为系统侧与用户侧两部分，确定诺顿等值电路；通过所
述诺顿等值电路构建负序电压责任量化模型，分别计算用户侧和系统侧在PCC点产生的负序电压；
[0011]步骤2：通过小波包变换生成稀疏字典D，并将稀疏字典D作用于PCC点处的负序电压电流观测信号，得到稀疏变换后的观测信号聚类直线的斜率；
[0012]步骤3：根据稀疏变换后的观测信号聚类直线的斜率，判断系统侧与用户侧的谐波阻抗，从而量化系统侧与用户侧在PCC点处的负序电压责任。
[0013]进一步的，对于所述步骤1中的诺顿等值电路，即诺顿等效谐波模型，根据叠加原理，有
[0014][0015]式中：为PCC点测得的负序电压，由两侧负序电流源共同产生；为公共线路上测得负序电流；Z
s,2
为系统侧的等效负序阻抗，Z
c,2
为用户侧的等效负序阻抗；为系统侧的等效谐波电流，为用户侧的等效谐波电流；
[0016]用户侧在PCC点产生的负序电压为：
[0017][0018]系统侧在PCC点产生的负序电压为：
[0019][0020]对于PCC点两侧负序阻抗，通常有
[0021]|Z
s，2
|＜＜|Z
c，2
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0022]因此认为
[0023][0024]从而式(2)、(3)变换为：
[0025][0026]根据与在
[0027]上投影所占的比例，得到用户侧与系统侧各自的负序电压责任。
[0028]更进一步的，所述步骤2中，将稀疏字典D作用于PCC点处的负序电压电流观测信号具体为：
[0029]确定式(1)对应的盲源分离模型形式如下：
[0030]X＝AS
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0031]式中：观测信号X对应于源信号S对应于而混合矩阵A由Z
s,2
与Z
c,2
构成；
[0032]利用稀疏字典矩阵D，将源信号S稀疏化，即使得信号S(D
‑1)
T
为稀疏信号，则见下式：
[0033]X(D
‑1)
T
＝AS(D
‑1)
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0034]变换后的观测信号X(D
‑1)
T
将聚类为两条过原点的直线；且该变换对混合矩阵A并无改变，从而聚类直线的斜率分别对应于Z
s,2
与Z
c,2
。
[0035]更进一步的，对于式(1)所示诺顿等效谐波模型，假设源信号为稀疏信号，即在绝大多数时候信号值为零，仅少数时候其值非零；则此时测量信号与由用户侧的等效谐波电流产生，从而近似有：
[0036][0037]从而，此时有：
[0038][0039]则当信号稀疏时，测量信号与将聚类为一条过原点的直线，且该直线斜率即为Z
s，2
；
[0040]当信号稀疏时，测量信号与将聚类为一条过原点的直线，且该直线斜率即为Z
c,2
；
[0041]若源信号与均稀疏，则测量信号与将聚类为两条过原点的直线；
[0042]测量信号与的线性聚类程度由式(11)进行判断；当式(11)成立时，认为具有较好的线性聚类特性；
[0043][0044]其中，ε为判断线性聚类的阈值；σ为线性聚类程度；和分别为PCC点测得的第i个负序电压和电流数据；和分别为PCC点测得的第j个负序电压和电流数据。
[0045]设聚类直线斜率为k
l
，根据诺顿等值电路所选定的参考方向，则由下式判断其对应于Z
s,2
还是Z
c,2
；
[0046][0047]其中，real(k
l
)表示k
l
的实部。
[0048]一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分系统，包括负序电压责任量化模型构建模块、负序电压计算模块、稀疏字典生成模块、斜率计算模块和负序电压责任量化模块；
[0049]所述负序电压责任量化模型构建模块将电网从PCC点划分为系统侧与用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将电网从PCC点划分为系统侧与用户侧两部分，确定诺顿等值电路；通过所述诺顿等值电路构建负序电压责任量化模型，分别计算用户侧和系统侧在PCC点产生的负序电压；步骤2：通过小波包变换生成稀疏字典D，并将稀疏字典D作用于PCC点处的负序电压电流观测信号，得到稀疏变换后的观测信号聚类直线的斜率；步骤3：根据稀疏变换后的观测信号聚类直线的斜率，判断系统侧与用户侧的谐波阻抗，从而量化系统侧与用户侧在PCC点处的负序电压责任。2.根据权利要求1所述的基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法，其特征在于，对于所述步骤1中的诺顿等值电路，即诺顿等效谐波模型，根据叠加原理，有式中：为PCC点测得的负序电压，由两侧负序电流源共同产生；为公共线路上测得负序电流；Z
s,2
为系统侧的等效负序阻抗，Z
c,2
为用户侧的等效负序阻抗；为系统侧的等效谐波电流，为用户侧的等效谐波电流；用户侧在PCC点产生的负序电压为：系统侧在PCC点产生的负序电压为：对于PCC点两侧负序阻抗，通常有Z
s，2
＜＜Z
c，2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)因此认为从而式(2)、(3)变换为：根据与在上投影所占的比例，得到用户侧与系统侧各自的负序电压责任。3.根据权利要求2所述的基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法，其特征在于，所述步骤2中，将稀疏字典D作用于PCC点处的负序电压电流观测信号具体为：确定式(1)对应的盲源分离模型形式如下：X＝AS
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
式中：观测信号X对应于源信号S对应于而混合矩阵A由Z
s,2
与Z
c,2
构成；利用稀疏字典矩阵D，将源信号S稀疏化，即使得信号S(D
‑1)
T
为稀疏信号，则见下式：X(D
‑1)
T
＝AS(D
‑1)
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)变换后的观测信号X(D
‑1)
T
将聚类为两条过原点的直线；且该变换对混合矩阵A并无改变，从而聚类直线的斜率分别对应于Z
s,2
与Z
c,2
。4.根据权利要求3所述的基于稀疏分量法的负序电压责任划分方法，其特征在于，对于式(1)所示诺顿等效谐波模型，假设源信号为稀疏信号，即在绝大多数时候信号值为零，仅少数时候其值非零；则此时测量信号与由用户侧的等效谐波电流产生，从而近似有：从而，此时有：则当信号稀疏时，测量信号与将聚类为一条过原点的直线，且该直线斜率即为Z
s，2
；当信号稀疏时，测量信号与将聚类为一条过原点的直线，且该直线斜率即为Z
c,2
；若源信号与均稀疏，则测量信号与将聚类为两条过原点的直线；测量信号与的线性聚类程度由式(11)进行判断；当式(11)成立时，认为具有较好的线性聚类特性；其中，ε为判断线性聚类的阈值；σ为线性聚类程度；和分别为PCC点测得的第i个负序电压和电流数据；和分别为PCC点测得的第j个负序电压和电流数据；设聚类直线斜率为k
l
，根据诺顿等值电路所选定的参考方向，则由下式判断其对应于Z
s,2
还是Z
c,2
；其中，real(k
l
)表示k
l
的实部。5.一种基于稀疏分量法的负序电压责任划分系统，其特征在于，包括负序电压责任量化模型构建模块、负序电压计算模块、稀疏字典生成模块、斜率计算模块和负序电压责任量化模块；
所述负序电压责任量化模型构建模块将电网从PCC点划分为系统侧与用户侧两部分，确定诺顿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宇，栗铭婉，孙俊杰，王超，徐凯，张晓珩，马雷，王睿，岳蕾，赵劲帅，郑坤，肖宇，宋坤，
申请(专利权)人：四川大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：