工业用户谐波源负荷分类识别方法技术

本发明专利技术提出一种工业用户谐波源负荷分类识别方法，其首先构建多谐波源负并联阻抗模型；其次对源信号数目进行估计；最后基于综合阻抗信号盲源分离对工业用户谐波源负荷进行分类识别。方法所得到的信号数目估计结果可以为综合阻抗信号盲源分离通道数确定提供依据。构建典型谐波源负荷阻抗信号频率特征库，该特征库所包含的不同类型谐波源负荷阻抗信号频率特征，能有效区分谐波源负荷类型。将综合阻抗信号盲源分离结果与典型谐波源负荷阻抗信号频率特征库进行对比，可以快速、准确识别工业用户所含谐波源负荷类型。业用户所含谐波源负荷类型。业用户所含谐波源负荷类型。

【技术实现步骤摘要】
工业用户谐波源负荷分类识别方法


[0001]本专利技术属于谐波源识别
，尤其涉及一种工业用户谐波源负荷分类识别方法。

技术介绍

[0002]随着能源结构的转型和国民经济工业化程度的迅速提高，电弧炉、大型变流设备、感应加热设备等常见工业谐波源负荷的数量不断增加，随之带来的谐波污染也日益严重。
[0003]工业用户的非线性设备是电网中主要的谐波源负荷，对其进行检测识别，不仅有助于提高电网公司的负荷管控水平，还能为实现用户的用电服务需求分析和电能质量治理方案制定提供重要的技术支撑。
[0004]工业用户负荷典型谐波源负荷主要分为电弧型和电力电子型两类。电弧型负荷一般包括电弧炉、电焊机等，该类型负荷谐波来源于其内部电弧工作特性；电力电子型设备一般为感应加热炉、变频器等，该类型设备对电网造成电能质量问题主要受整流部分的影响。不同类型的谐波源相应的谐波治理措施有所不同，谐波源分类识别是制定有针对性的谐波治理方案，提升治理效果并降低成本的重要基础。
[0005]目前的谐波源识别方法总体可分为两大类：一类是基于等效电路模型的方法，另一类是基于谐波状态估计的方法。前者通过建立等效模型，在公共连接点处划分出系统侧和用户侧，并依据不同的定位理论确定主谐波源侧。后者则根据网络拓扑结构和元件谐波参数建立参数矩阵，求解谐波状态估计方程并根据谐波注入有功功率的正负来识别谐波源。上述方法虽然能判断出用户是否有谐波源负荷，但无法对用户所含谐波源负荷具体类型进行区分。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术主要提出两个解决问题的设计点：
[0007](1)基于用户母线综合负荷等值阻抗与各支路负荷等值阻抗线性叠加关系，提出一种估计构成综合等值阻抗信号的源阻抗信号数目的方法。
[0008](2)基于上述信号数目估计结果，提出一种基于综合阻抗信号盲源分离的工业用户谐波源负荷分类识别方法。
[0009]其基于用户母线综合负荷等值阻抗与各支路负荷等值阻抗线性叠加关系，提出一种估计构成综合等值阻抗信号的源阻抗信号数目的方法，该方法所得到的信号数目估计结果可以为综合阻抗信号盲源分离通道数确定提供依据。构建典型谐波源负荷阻抗信号频率特征库，该特征库所包含的不同类型谐波源负荷阻抗信号频率特征，能有效区分谐波源负荷类型。将综合阻抗信号盲源分离结果与典型谐波源负荷阻抗信号频率特征库进行对比，可以快速、准确识别工业用户所含谐波源负荷类型。
[0010]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0011]一种工业用户谐波源负荷分类识别方法，其特征在于：
[0012]首先，构建多谐波源负并联阻抗模型；其次对源信号数目进行估计；最后基于综合阻抗信号盲源分离对工业用户谐波源负荷进行分类识别。
[0013]进一步地，所述构建多谐波源负并联阻抗模型具体为：
[0014](1)谐波源负荷等值时域电路模型
[0015]负荷模型采用电阻、电感串联的等效阻抗表示，设R和L分别为负荷等值阻抗参数中电阻性、电感性元件部分的参数；i(t)和u(t)分别为用户进线处监测点测量得的电流和电压瞬时值；E
s
和Z
s
分别为系统侧等值电压源和等值阻抗；
[0016]负荷端口的电压和电流关系式为：
[0017][0018]当采样频率远大于负荷参数的变化频率，则认为在一个微元时间Δt内连续相邻的2个采样点t1和t2上的R和L是不变的，经整理得，即：
[0019][0020]式(2)中的电压、电流由监测装置获得，其导数则通过计算得到；在此基础上，利用奇异值分解对式(2)进行求解以获得阻抗参数；
[0021](2)多谐波源负荷并联阻抗模型
[0022]将系统等效为多阻抗并联网络，设R
k
和X
k
分别为第k个负荷的等值电阻和等值电抗参数，k＝1,2,
…
,n；i
k
为第k个负荷支路的电流；n为支路数；
[0023]根据并联网络的电路特性建立电压、电流及阻抗的关系式为：
[0024][0025]式中：分别为监测点的电压、电流综合矢量；为第k个支路的电流综合矢量；
[0026]令根据阻抗并联计算公式，则由式(3)得到：
[0027][0028]式(4)中为第k个支路阻抗与负荷总阻抗之间的比例系数，该比例系数的倒数之和为1。
[0029]进一步地，所述对源信号数目进行估计具体为：
[0030]首先，对多谐波源负并联阻抗模型的综合阻抗信号R(t)，X(t)进行EEMD分解；得到包含源信号的特征的信号本征模态函数；再将平均频率相近的IMF
i
相叠加得到重构虚拟观测信号，进一步地将重构虚拟观测信号与原始信号去均值处理后构成新的多通道观测信号,使得观察信号数目大于源信号数目；
[0031]其次，对多通道观测信号y(t)自相关矩阵进行奇异值分解；
[0032][0033]式中：(.)
H
表示复数共轭变换；V
s
是信号分解后按降序排列的主分量；V
N
对应分解后的噪声；Λ
S
＝diag{λ1≥λ2…
≥λ
s
}和Λ
N
=diag{λ
s+1
,λ
s+2
,
…
,λ
h
}则为信号主分量V
s
和噪声
信号V
N
的对应特征值；
[0034]通过比较相邻特征值的比值大小判断源信号与噪声的分界面，将最大比值δ对应的索引作为源信号与噪声分界面；
[0035]δ＝max(σ1/σ2,σ2/σ3,
…
,σ
k
‑1/σ
k
)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0036]定义源信号与噪声分界面索引加1为实际源阻抗信号个数W：
[0037]W＝δ+1
ꢀꢀꢀ
(10)。
[0038]进一步地，所述基于综合阻抗信号盲源分离对工业用户谐波源负荷进行分类识别具体为：
[0039]1、虚拟通道信号构建
[0040]对综合阻抗信号R(t)，X(t)进行EEMD分解，计算本征模态中各IMF分量的相关系数大小；设定相关系数大于0.8的IMF分量为强相关性分量，以直接作为1路虚拟通道信号，相关系数小于0.8的IMF分量与强相关性分量组合后作为虚拟通道信号，以确保所构建的虚拟通道信号能更多地包含源信号的所有特征信息；相关系数γ由式(11)求得：
[0041][0042]式中：cov()表示协方差函数；var()表示方差函数，γ值越大越能反映两个信号的相互匹配程度；
[0043]在计算相关系数γ后，将虚拟通道信号与原信号重组为多通道观测信号z(t)，通道数依据节源阻抗信号估计数目，即：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业用户谐波源负荷分类识别方法，其特征在于：首先，构建多谐波源负并联阻抗模型；其次对源信号数目进行估计；最后基于综合阻抗信号盲源分离对工业用户谐波源负荷进行分类识别。2.根据权利要求1所述的工业用户谐波源负荷分类识别方法，其特征在于：所述构建多谐波源负并联阻抗模型具体为：(1)谐波源负荷等值时域电路模型负荷模型采用电阻、电感串联的等效阻抗表示，设R和L分别为负荷等值阻抗参数中电阻性、电感性元件部分的参数；i(t)和u(t)分别为用户进线处监测点测量得的电流和电压瞬时值；E
s
和Z
s
分别为系统侧等值电压源和等值阻抗；负荷端口的电压和电流关系式为：当采样频率远大于负荷参数的变化频率，则认为在一个微元时间Δt内连续相邻的2个采样点t1和t2上的R和L是不变的，经整理得，即：式(2)中的电压、电流由监测装置获得，其导数则通过计算得到；在此基础上，利用奇异值分解对式(2)进行求解获得阻抗参数；(2)多谐波源负荷并联阻抗模型将系统等效为多阻抗并联网络，设R
k
和X
k
分别为第k个负荷的等值电阻和等值电抗参数，k＝1,2,
…
,n；i
k
为第k个负荷支路的电流；n为支路数；根据并联网络的电路特性建立电压、电流及阻抗的关系式为：式中：分别为监测点的电压、电流综合矢量；为第k个支路的电流综合矢量；令根据阻抗并联计算公式，则由式(3)得到：式(4)中为第k个支路阻抗与负荷总阻抗之间的比例系数，该比例系数的倒数之和为1。3.根据权利要求2所述的工业用户谐波源负荷分类识别方法，其特征在于：所述对源信号数目进行估计具体为：首先，对多谐波源负并联阻抗模型的综合阻抗信号R(t)，X(t)进行EEMD分解；得到包含源信号的特征的信号本征模态函数；再将平均频率相近的IMF
i
相叠加得到重构虚拟观测信号，进一步地将重构虚拟观测信号与原始信号去均值处理后构成新的多通道观测信号,使得观察信号数目大于源信号数目；其次，对多通道观测信号y(t)自相关矩阵进行奇异值分解：
式中：(.)
H
表示复数共轭变换；V
s
是信号分解后按降序排列的主分量；V
N
对应分解后的噪声；Λ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张逸，陈书畅，刘必杰，姚文旭，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：