一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法、系统及介质，涉及谐波阻抗估算技术领域，本方案基于相邻采样时间内电网的稳定性，以测量周期内相邻采样时间的阻抗二阶变化量和电压二阶变化量的最小范数为标准来估算谐波阻抗，采用二阶变化量减小因随机波动造成的阻抗计算误差，更能适应谐波阻抗与背景谐波波动较强的情况。在测量周期内建立目标函数，通过矩阵求导来最小化目标函数获得谐波阻抗，在准确求得谐波阻抗的同时，在背景谐波发射水平较高且两侧的谐波阻抗近似相等的情况下可以获得准确的计算结果，适用范围更广。适用范围更广。适用范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及阻抗计算
，具体涉及一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]随着电力电子设备在电力系统中的广泛使用，多馈HVDC端子、可再生能源转换器和电动汽车充电站等新技术的广泛应用，大量谐波注入电力系统，导致电网中电压和电流的波形产生畸变，对电网网络的稳定运行产生影响。为了抑制谐波的影响并支撑谐波管理策略，系统侧谐波阻抗计算已成为近年来的热点研究问题之一。
[0003]但是，现有的谐波阻抗估计方法通常假设在测量周期内的电网侧谐波阻抗以及电网侧电压是恒定不变的；然而实际上，虽然电网的运行模式不会突然改变，但是电网侧的谐波阻抗以及电网侧电压均会随时间变化，只是在相邻采样时间阻抗的变化非常小；此时，基于传统假设来估计系统侧谐波阻抗会引入较大误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：在电网侧的谐波阻抗以及电网侧电压随时间变化较大的情形，传统估计系统侧谐波阻抗的方法会引入较大误差，影响估算准确度，本专利技术目的在于提供一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法、系统及介质，针对在不满足测量周期内电网侧谐波阻抗及电压恒定不变的假设前提下，在背景谐波发射水平较高且两侧的谐波阻抗近似相等的情况下获得准确的计算结果，大幅减少了谐波阻抗估计误差。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]本方案提供一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法，包括步骤：
>[0007]步骤A，获取公共连接点的谐波电压和谐波电流的采样数据；
[0008]步骤B，建立谐波下公共连接点的等效谐波源电路，得到系统侧谐波电压方程式；引入阻抗二阶变化量差值和电网电压二阶变化量差值构建目标函数；
[0009]步骤C，将步骤B构建的目标函数化简为向量形式，通过矩阵求导得到使得目标函数达到最小值时的背景谐波；
[0010]步骤D，基于背景谐波和系统侧谐波电压方程式估计出系统侧谐波阻抗。
[0011]本方案工作原理：传统的谐波阻抗估算方法往往假设谐波测量阻抗、电网侧电压在测量周期中恒定不变，而实际上电网侧的谐波阻抗以及电网侧电压是随时间变化的，这时传统估计系统侧谐波阻抗的方法会引入较大误差，影响估算准确度；本专利技术基于相邻采样时间内电网的稳定性，以测量周期内相邻采样时间的阻抗二阶变化量和电压二阶变化量的最小范数为标准来估算谐波阻抗，采用二阶变化量减小因随机波动造成的阻抗计算误差，更能适应谐波阻抗与背景谐波波动较强的情况。在测量周期内建立目标函数，通过矩阵求导来最小化目标函数获得谐波阻抗。在准确求得谐波阻抗的同时，在背景谐波发射水平较高且两侧的谐波阻抗近似相等的情况下可以获得准确的计算结果，适用范围更广。
[0012]进一步优化方案为，步骤B包括以下子步骤：
[0013]步骤B1：将采样数据谐波电压V
pcc
和谐波电流I
pcc
分成k段数据，每段数据采样点数为N；建立量测数据矩阵X：
[0014][0015]步骤B2：建立PCC等效谐波源电路，其中用户侧电路用诺顿回路，系统侧电路用戴维宁回路，得到系统侧谐波电压方程：
[0016][0017]根据系统侧谐波电压方程可得：
[0018][0019]式中，n为采样点，Z
u
为系统侧谐波阻抗，和分别为PCC点对应的谐波电压和谐波电流；
[0020]步骤B3：当电网正常运行时，基于阻抗二阶变化量差值Δ2Z
u
(n)和电网电压二阶变化量差值的范数线性组合作为优化目标构建以下目标函数：
[0021]f＝||Δ2Z
u
||2+ξ||Δ2V
u
||2ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0022]式中Δ2Z
u
＝[Δ2Z
u
(1),
…
,Δ2Z
u
(N
‑
2)]T
，均为N
‑
2维向量。
[0023]其中：ξ表示权重系数；ξ在区间[10
‑6,10
‑4]内取值，其对谐波阻抗估计结果有直接的影响，选择不当会导致误差结果较大。经过大量仿真确定ξ的取值范围，所涉及参数涵盖真实运行环境的所有情况，得出当ξ取在区间[10
‑6,10
‑4]时，本方案所提出的方法具有比较准确且稳定的估计值，因此，选取该区间可运用于目标方程(6)
[0024]Δ2Z
u
(n)＝Z
u
(n+2)
‑
2Z
u
(n+1)+Z
u
(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0025][0026]引入阻抗二阶变化量差值和电网电压二阶变化量差值，采用二阶变化量可以减小因随机波动造成的阻抗计算误差，更能适应谐波阻抗与背景谐波波动较强的情况。
[0027]进一步优化方案为，将目标函数化简为向量形式包括过程：
[0028]先将目标函数进行以下化简得到：
[0029][0030]将等式(7)化简成向量形式有：
[0031]f＝||d
‑
Mx||2+ξ||Cx||2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0032]其中
[0033][0034][0035][0036][0037]式中：d＝[d(1),
…
,d(N
‑
2)]T
是N
‑
2维向量，x＝[x(1),
…
,x(N)]T
是N维向量，C和M是(N
‑
2)
×
N维矩阵。
[0038]进一步优化方案为，将等式(8)展开，可以得到：
[0039]f＝(d
‑
Mx)
H
(d
‑
Mx)+ξ(Cx)
H
(Cx
u
)
[0040]＝d
H
d
‑
d
H
Mx
‑
x
H
M
H
d+x
H
(M
H
M+ξC
H
C) x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0041]其中H为矩阵的共轭转置。
[0042]进一步优化方案为，步骤C还包括过程：
[0043]对等式(9)关于x求导，令可以得到：
[0044]‑
(d
H
M)
T
+(M
H
M+ξC
H
C)
T
x
*
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法，其特征在于，包括步骤：步骤A，获取公共连接点的谐波电压和谐波电流的采样数据；步骤B，建立谐波下公共连接点的等效谐波源电路，得到系统侧谐波电压方程式；引入阻抗二阶变化量差值和电网电压二阶变化量差值构建目标函数；步骤C，将步骤B构建的目标函数化简为向量形式，通过矩阵求导得到使得目标函数达到最小值时的背景谐波；步骤D，基于背景谐波和系统侧谐波电压方程式估计出系统侧谐波阻抗。2.根据权利要求1所述的一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法，其特征在于，步骤B包括以下子步骤：步骤B1：将采样数据谐波电压V
pcc
和谐波电流I
pcc
分成k段数据，每段数据采样点数为N；建立量测数据矩阵X：步骤B2：建立公共连接点等效谐波源电路，其中用户侧电路用诺顿回路，系统侧电路用戴维宁回路，得到系统侧谐波电压方程：根据系统侧谐波电压方程可得：式中，n为采样点，Z
u
为系统侧谐波阻抗，和分别为公共连接点pcc对应的谐波电压和谐波电流；步骤B3：当电网正常运行时，基于阻抗二阶变化量差值Δ2Z
u
(n)和电网电压二阶变化量差值的范数线性组合作为优化目标构建以下目标函数：f＝||Δ2Z
u
||2+ξ||Δ2V
u
||2ꢀꢀꢀꢀ
(6)式中Δ2Z
u
＝[Δ2Z
u
(1)，
…
，Δ2Z
u
(N
‑
2)]
T
，均为N
‑
2维向量；其中：ξ表示权重系数；Δ2Z
u
(n)＝Z
u
(n+2)
‑
2Z
u
(n+1)+Z
u
(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)3.根据权利要求2所述的一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法，其特征在于，ζ在区间[10
‑6,10
‑4]内取值。4.根据权利要求3所述的一种抗随机波动的系统侧谐波阻抗估算方法，其特征在于，将目标函数化简为向量形式包括过程：先将目标函数进行以下化简得到：
将等式(7)化简成向量形式有：f＝||d
‑
Mx||2+ξ||Cx||2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中其中其中其中式中：d＝[d(1),
…
,d(N
‑
2)]
T
是N
‑
2维向量，x＝[x(1),
…
,x(N)]
T

【专利技术属性】
技术研发人员：张颢严，徐方维，刘凯，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：