一种电网复杂闪变源智能定位方法与流程

本发明涉及电力工程技术领域，具体为一种电网复杂闪变源智能定位方法。

背景技术：

在经济高速发展、科技快速进步的大时代里，电能因其清洁、经济、实用等特点在人们日常的生产和生活中得到了广泛运用，为国家的发展、社会的进步和人民生活水平的稳步提高做出了不可磨灭的贡献。随着我国经济的飞速发展，尤其是21世纪以来，计算机、微型处理器以及各种电力电子仪器的大规模投入使用，电力用户对于电能提出了新的需求，由过去保证电能的充足供应逐步过渡到对电能高质量地追求。电能质量的下降，导致一些敏感设备无法正常工作，甚至造成仪器损坏、生产停滞，从而带来重大的安全隐患和经济损失。据不完全统计，我国在电能质量问题上的损失已达数千亿人民币。

电能质量广义上是指优质的电力能源，具体就是在电力在分配和利用地过程中，提供的电能应符合系统的电压、电流及频率的国家规定标准，从而满足电力用户正常工作需求，其现象通常包括电压暂降及骤升、电压波动与闪变、谐波和三相电压不平衡等问题。其中，电压波动与闪变由于电压变化幅度小，常常容易被忽略，然而，其持续时间较长往往带来了更大的不利影响。近几年，由于工业化进程的快速推进，大型电弧炉、轧钢机和电气化铁路等冲击性负荷大量投入使用导致电压波动变得越来越频繁。电压波动与闪变对各种电力电子设备影响很大，会导致大量的敏感的仪器长时间的不正常工作，从而造成生产停滞、产品质量下降，甚至造成安全事故。根据国际电能质量组织统计，在导致电能质量下降的所有因素中，电压波动与闪变仅次于电压暂降。所以，近几年电压波动与闪变源定位问题愈加受到人们的关注，相关研究已成为了国内外研究的热点。

随着电压波动与闪变研究日渐深入，许多相关工作正在逐步展开。其中，主要集中在闪变的检测、传递、定位、抑制和评估等方面。电网结构、用户内部结构和用电负荷性质都会对电压产生一定的影响，闪变源定位有利于明确闪变污染责任方并调节双方矛盾，同时为闪变快速治理提供良好条件。因此，针对电压波动与闪变检测及源定位的研究具有十分重要的实际价值。

早在1990年我国就制定了国家标准《电能质量电压允许波动和闪变》，随着我国电力市场的急剧增大，为了更好地适应现代电力系统的运行状况，在2000年和2008年对国标进行了修订。国家在电压波动与闪变领域的重视程度不断提高，越来越多的企业加大投入力度推进该产业发展。

目前国内外学者研究闪变源定位方法大致可归为两类：

1、定性分析法和定量分析法。定性分析法基于闪变前后敏感物理变化量符号的正负进行闪变源位置的判定；

2、定量分析法是基于闪变后敏感物理量参数的大小判断闪变源所在位置。

采用定性法分析时，若被测量接近于0，轻微的扰动可能导致被测量的正负改变；

采用定量法分析时，无法给出上下游间准确分界面。并且采用单一物理量为判断依据无法准确判断出多个不同频率闪变源方位。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电网复杂闪变源智能定位方法，旨在解决现有配电网无法定位多个不同频率的闪变源以及采用单个物理量和人工经验方式导致的定位准确率不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电网复杂闪变源智能定位方法，包括以下步骤：一种电网复杂闪变源智能定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提取闪变电压以及电流包络线：对从公共连接点检测到的含有闪变的电压、电流信号进行s变换；

(2)形成闪变源定位融合判据：基于所述闪变电压以及电流包络线，通过计算分别得出间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量和间谐波电压贡献率敏感物理量；

(3)通过实现上游、下游之间分界面的不断优化，实现不同频率的闪变源智能定位：基于步骤(2)中得到的所述敏感物理量，运用支持向量机对检测到的数据实施机器学习，通过数据挖掘计算出各个敏感物理量的权重系数。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，基于步骤(1)，其中，所述s变换的具体表示为：

式中，x(t)为外部输入电压或电流信号，为x(t)的s变换结果，为时间常数，t为时间，f为频率，为高斯窗函数。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，基于步骤(2)，所述间谐波功率的计算公式为：

式中，pi为间谐波功率，i为间谐波的数量，δfi为间谐波波动频率，和分别是∨fi波动频率下电压和电流的等效值，和分别表示∨fi波动频率下电压和电流总的等效相位，其中，当监测点处间谐波功率pi为正时，闪变源位于系统侧；反之，则位于负载侧。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，基于步骤(2)，所述间谐波等效阻抗的计算公式为：

式中，zi为间谐波等效阻抗，i为间谐波的数量，δfi为间谐波波动频率，和分别是∨fi波动频率下电压和电流的等效值，当间谐波阻抗zi大于0，闪变源位于下游；反之，则位于上游。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，基于步骤(2)，所述间谐波电流变化量的计算公式为：

式中，ki(ω±ω)为间谐波电流变化量，iω±ω为间谐波电流，iω为基波电流。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，基于步骤(2)，所述间谐波电压贡献率的计算公式为：

式中，vhrsil为间谐波电压贡献率，uil为第i条支路下中频率为fi的间谐波源单独作用时产生的间谐波电压，uiht为n条支路下中频率为fi的间谐波合成电压。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，基于步骤(3)，支持向量机划分闪变源上游、下游的分界面的具体实施方式为：

首先，基于步骤(2)得到的间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量和间谐波电压贡献率敏感物理量的定位特征构成一个融合判据；

其次，训练分类器阶段，在闪变源上游、下游间训练一个支持向量机分类器。

作为对本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的改进，所述融合判据的构成方式为：

式中，x1，x2，x3，x4分别表示间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量以及间谐波电压贡献率；a1，a2，a3，a4分别为所述间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量以及间谐波电压贡献率的对应判据的权重系数；b为偏差量；y∈{-1，1}，闪变源在监测点下游输出为1，反之则输出-1；α为多重判据权重向量；为闪变判据向量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明利用s变换对电压电流输入信号进行处理，得到出电压电流的幅频曲线，分别计算出间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量和间谐波电压贡献率四个敏感物理量；接着根据监测点得到的大量敏感数据输入支持向量机训练，得出上下游间的分类面；

此外，本发明采用融合判据可以有效提高闪变源定位的正确率；采用支持向量机及其学习和数据挖掘的方式可降低外界环境对定位精度的影响；采用四种间谐波敏感物理量可以同时定位多个不同频率的闪变源，对改善电力系统电能质量和电网安全稳定运行具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明一种电网复杂闪变源智能定位方法的流程图；

图2为本发明实施例中闪变源上游、下游定位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做在本发明的一实施例中的详细说明。

如图1所示，作为本发明实施例的一方面，一种电网复杂闪变源智能定位方法，包括以下步骤：

(1)提取闪变电压以及电流包络线：对从公共连接点检测到的含有闪变的电压、电流信号进行s变换；

(2)形成闪变源定位融合判据：基于闪变电压以及电流包络线，通过计算分别得出间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量和间谐波电压贡献率敏感物理量；

(3)通过实现上游、下游之间分界面的不断优化，实现不同频率的闪变源智能定位：基于步骤(2)中得到的敏感物理量，运用支持向量机对检测到的数据实施机器学习，通过大量数据挖掘计算出各个敏感物理量的权重系数。

在本发明的一实施例中，基于步骤(1)，由于电压波动与闪变过程中，电压、电流信号实际上是由幅度和相位时变的正弦分量、非周期的暂态分量和各种噪声构成，s变换具有良好地处理非平稳信号和抗噪能力，可以减小测量带来的误差，而s变换的具体表示为：

式中，x(t)为外部输入电压或电流信号，为x(t)的s变换结果，为时间常数，t为时间，f为频率，为高斯窗函数。

在本发明的一实施例中，基于步骤(2)，间谐波功率的计算公式为：

式中，pi为间谐波功率，i为间谐波的数量，δfi为间谐波波动频率，和分别是∨fi波动频率下电压和电流的等效值，和分别表示∨fi波动频率下电压和电流总的等效相位，其中，当监测点处间谐波功率pi为正时，闪变源位于系统侧；反之，则位于负载侧。

在本发明的一实施例中，基于步骤(2)，间谐波等效阻抗的计算公式为：

式中，zi为间谐波等效阻抗，i为间谐波的数量，δfi为间谐波波动频率，和分别是∨fi波动频率下电压和电流的等效值，当间谐波阻抗zi大于0，闪变源位于下游；反之，则位于上游。

在本发明的一实施例中，基于步骤(2)，间谐波电流变化量的计算公式为：

式中，ki(ω±ω)为间谐波电流变化量，iω±ω为间谐波电流，iω为基波电流。

在本发明的一实施例中，基于步骤(2)，间谐波电压贡献率的计算公式为：

式中，vhrsil为间谐波电压贡献率，uil为第i条支路下中频率为fi的间谐波源单独作用时产生的间谐波电压，uiht为n条支路下中频率为fi的间谐波合成电压。

在本发明的一实施例中，基于步骤(3)，支持向量机划分闪变源上游、下游的分界面的具体实施方式为：

首先，基于步骤(2)得到的间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量和间谐波电压贡献率敏感物理量的定位特征构成一个融合判据；

其次，训练分类器阶段，在闪变源上游、下游间训练一个支持向量机分类器。

在本发明的一实施例中，融合判据的构成方式为：

式中，x1，x2，x3，x4分别表示间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量以及间谐波电压贡献率；α1，α2，α3，α4分别为间谐波功率、间谐波等效阻抗、间谐波电流变化量以及间谐波电压贡献率的对应判据的权重系数；b为偏差量；y∈{-1，1}，闪变源在监测点下游输出为1，反之则输出-1；α为多重判据权重向量；为闪变判据向量。

在本发明的一实施例中，闪变源定位示意如图2所示，参照有功潮流方向，如果引起电压波动与闪变的干扰源在监测点的左侧，则闪变源位于系统侧，或称上游方向；如果干扰源在监测点的右侧，则闪变源位于用户侧，或称下游方向。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。