本發(fā)明涉及電網(wǎng)諧波技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種適應(yīng)風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)諧波電流估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子設(shè)備等非線(xiàn)性負(fù)荷的大量應(yīng)用，電網(wǎng)諧波污染加劇，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為向用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的電能，需要以諧波電流估計(jì)技術(shù)為依據(jù)對(duì)諧波污染進(jìn)行監(jiān)管和治理。

近年來(lái)，風(fēng)電以其清潔無(wú)污染、資源豐富、可再生等特點(diǎn)在電力系統(tǒng)得到快速發(fā)展。大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)遠(yuǎn)距離高壓直流輸電匯入輸電網(wǎng)，小型風(fēng)電場(chǎng)則以分布式電源形式并入輸配電網(wǎng)，風(fēng)電采用逆變裝置并入電網(wǎng)，逆變?cè)O(shè)備工作時(shí)引起諧波的注入，并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)成為了新型諧波源。風(fēng)電出力受地理氣象因素影響，具有隨機(jī)性和間歇性，并網(wǎng)逆變器工作在變化狀態(tài)下，因此注入電網(wǎng)諧波也具有隨機(jī)性和間歇性。風(fēng)電并網(wǎng)注入諧波的隨機(jī)與間歇特性引起整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)中諧波波動(dòng)特性的改變和波動(dòng)幅度的加劇，使現(xiàn)有諧波電流估計(jì)方法難以準(zhǔn)確追蹤諧波電流的波動(dòng)，給諧波電流估計(jì)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

因此，在風(fēng)電并網(wǎng)條件下，提供準(zhǔn)確的諧波注入電流估計(jì)結(jié)果，是目前諧波檢測(cè)與辨識(shí)領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)重要課題，對(duì)諧波的綜合治理具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能在風(fēng)電并網(wǎng)條件下進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波電流估計(jì)的方法，適應(yīng)風(fēng)電諧波的隨機(jī)特性與間歇特性，提供準(zhǔn)確諧波電流估計(jì)結(jié)果。技術(shù)方案如下：

一種適應(yīng)風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)諧波電流估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟a：采集各母線(xiàn)歷史諧波電流數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，濾波得到其高頻分量和低頻分量；

步驟b：采集母線(xiàn)諧波電壓和支路諧波電流作為測(cè)量數(shù)據(jù)；

步驟c：根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)建立諧波電流估計(jì)模型，根據(jù)測(cè)量裝置的誤差參數(shù)確定測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，將體現(xiàn)諧波電流波動(dòng)隨機(jī)性的高頻分量作為系統(tǒng)噪聲，估計(jì)系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣；

步驟d：將體現(xiàn)諧波電流波動(dòng)規(guī)律性的低頻分量作為下一時(shí)刻諧波電流狀態(tài)的預(yù)估，同時(shí)利用低頻分量估計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，進(jìn)而采用變參數(shù)卡爾曼濾波算法估計(jì)諧波電流。

進(jìn)一步的，所述步驟a的具體過(guò)程為：

步驟a1：收集電力系統(tǒng)各母線(xiàn)的h次歷史諧波電流數(shù)據(jù)，第d日諧波電流數(shù)據(jù)記作id＝[id1,id2,…,idi…,idn]，其中，idi(1≤i≤n)為第d日母線(xiàn)i上的諧波電流向量，1×l階，l為每日采樣點(diǎn)總數(shù)，n為母線(xiàn)總數(shù)；

步驟a2：對(duì)收集到的d日的各母線(xiàn)的歷史諧波電流數(shù)據(jù)idi(1≤d≤d,1≤i≤n)進(jìn)行5次小波分解，獲得體現(xiàn)諧波電流規(guī)律性的低頻數(shù)據(jù)和體現(xiàn)諧波電流隨機(jī)性的高頻數(shù)據(jù)且對(duì)母線(xiàn)i上的d日的歷史諧波電流數(shù)據(jù)均做上述濾波分解，母線(xiàn)i上諧波電流低頻數(shù)據(jù)的均值為所有母線(xiàn)的諧波電流低頻數(shù)據(jù)均值為即低頻分量，其中為母線(xiàn)i上k時(shí)刻的諧波電流低頻分量均值，將i^s展開(kāi)寫(xiě)作其列向量記作則為低頻分量i^s的k時(shí)刻向量；母線(xiàn)i上諧波電流高頻數(shù)據(jù)的均值為所有母線(xiàn)的諧波電流高頻數(shù)據(jù)均值為即高頻分量，其中為母線(xiàn)i上k時(shí)刻的諧波電流高頻數(shù)據(jù)均值，將i^r展開(kāi)作其列向量記作則為高頻分量i^r的k時(shí)刻向量。

更進(jìn)一步的，，所述步驟b的具體過(guò)程為：采集待估計(jì)日的電力系統(tǒng)所有母線(xiàn)的h次諧波電壓測(cè)量數(shù)據(jù)u＝[u1u2…uk…ul]和所有支路諧波電流測(cè)量數(shù)據(jù)b＝[b1b2…bk…bl]，其中，uk(1≤k≤l)為k時(shí)刻的諧波電壓測(cè)量向量，uk＝[uk1,uk2,...,uki...,ukn]，uki為k時(shí)刻母線(xiàn)i的諧波電壓測(cè)量值，bk(1≤k≤l)為k時(shí)刻的支路諧波電流測(cè)量向量，bk＝[bk1,bk2,...bkm...,bkm]，bkm為k時(shí)刻第m條支路諧波電流測(cè)量值，m為支路總數(shù)。

更進(jìn)一步的，所述步驟c的具體過(guò)程為：

步驟c1：建立諧波電流估計(jì)模型：

c11：建立k時(shí)刻測(cè)量方程：其中，zk為諧波電壓電流間關(guān)系矩陣，tk為支路諧波電流與母線(xiàn)諧波電壓關(guān)系矩陣；令k時(shí)刻的測(cè)量向量k時(shí)刻的測(cè)量矩陣則測(cè)量方程為yk＝ckik+wk，其中，wk為k時(shí)刻測(cè)量誤差向量；

c12：建立k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：ik+1＝fkik+vk，其中，fk為k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，vk為k時(shí)刻系統(tǒng)噪聲向量，ik+1為k+1時(shí)刻注入諧波電流向量；

步驟c2：獲取噪聲參數(shù)：

c21：根據(jù)諧波測(cè)量裝置的誤差水平確定測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣

c22：系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣的定義為將步驟a中高頻分量i^r的k時(shí)刻向量作為對(duì)系統(tǒng)噪聲vk的估計(jì)，根據(jù)公式計(jì)算系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣。

更進(jìn)一步的，所述步驟d的具體過(guò)程為：

步驟d1：根據(jù)步驟a濾波得到的諧波電流低頻分量i^s預(yù)估諧波電流狀態(tài)，

步驟d2：計(jì)算k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣其中fk為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，為諧波電流低頻分量i^s的k時(shí)刻向量；

步驟d3：更新k時(shí)刻卡爾曼增益：其中，為k-1時(shí)刻對(duì)k時(shí)刻誤差協(xié)方差的預(yù)估；

步驟d4：更新k時(shí)刻諧波電流估計(jì)結(jié)果：其中，為k-1時(shí)刻對(duì)k時(shí)刻諧波電流狀態(tài)的預(yù)估，ak為k時(shí)刻諧波測(cè)量中包含的新息yk為k時(shí)刻的測(cè)量向量；

步驟d5：更新k時(shí)刻誤差協(xié)方差：

步驟d6：預(yù)估k+1時(shí)刻誤差協(xié)方差：

步驟d7：令k＝k+1，重復(fù)步驟d1-d6，至到得到所有時(shí)刻的諧波電流估計(jì)結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明對(duì)收集到的歷史諧波電流數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換濾波，將得到的低頻分量作為諧波電流的規(guī)律波動(dòng)部分，用于對(duì)下一時(shí)刻諧波電流狀態(tài)的預(yù)估和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的估計(jì)，充分利用了歷史信息，考慮了普通諧波源負(fù)荷與風(fēng)電諧波源負(fù)荷的波動(dòng)規(guī)律；將得到的高頻分量作為系統(tǒng)噪聲，用于估計(jì)系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣這一重要噪聲參數(shù)，有效解決了卡爾曼濾波法需要大量工作調(diào)試噪聲參數(shù)的問(wèn)題，降低了工作量，并提高了諧波電流估計(jì)的精度；且減小了風(fēng)電隨機(jī)特性和間歇特性引起的諧波電流估計(jì)誤差，適用于風(fēng)電接入條件下的諧波電流估計(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明適應(yīng)風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)諧波電流估計(jì)方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明的仿真電路示意圖。

圖3為本發(fā)明對(duì)歷史諧波電流濾波仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。首先采集各母線(xiàn)歷史諧波電流數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，濾波得到其高頻分量和低頻分量；然后采集諧波電壓測(cè)量數(shù)據(jù)和諧波電流測(cè)量數(shù)據(jù)；再建立諧波電流估計(jì)模型，將體現(xiàn)諧波電流波動(dòng)規(guī)律性的低頻分量作為下一時(shí)刻諧波電流狀態(tài)的預(yù)估，同時(shí)利用低頻分量估計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；根據(jù)上述測(cè)量數(shù)據(jù)，將體現(xiàn)諧波電流波動(dòng)隨機(jī)性的高頻分量作為系統(tǒng)噪聲，估計(jì)系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣；最后采用變參數(shù)卡爾曼濾波算法準(zhǔn)確估計(jì)諧波電流。流程如圖1所示，具體步驟如下：

步驟a、歷史諧波電流數(shù)據(jù)的收集與濾波

步驟a1、歷史諧波電流數(shù)據(jù)的收集：

收集電力系統(tǒng)各母線(xiàn)的h次歷史諧波電流數(shù)據(jù)，第d日諧波電流數(shù)據(jù)記作id＝[id1,id2,…,idi…,idn]，其中，idi(1≤i≤n)為第d日母線(xiàn)i上的諧波電流向量，1×l階，l為每日采樣點(diǎn)總數(shù)，n為母線(xiàn)總數(shù)。

步驟a2、歷史諧波電流數(shù)據(jù)的濾波：

對(duì)收集到的各日各母線(xiàn)的歷史諧波電流數(shù)據(jù)idi(1≤d≤d,1≤i≤n)進(jìn)行5次小波分解(小波基函數(shù)選為dmeyer函數(shù))，獲得體現(xiàn)諧波電流規(guī)律性的低頻數(shù)據(jù)和體現(xiàn)諧波電流隨機(jī)性的高頻數(shù)據(jù)且

對(duì)母線(xiàn)i上的d天歷史諧波電流數(shù)據(jù)均做上述濾波分解，母線(xiàn)i上諧波電流低頻數(shù)據(jù)的均值為所有母線(xiàn)的諧波電流低頻數(shù)據(jù)均值為簡(jiǎn)稱(chēng)低頻分量，其中為母線(xiàn)i上k時(shí)刻的諧波電流低頻分量均值，將i^s展開(kāi)寫(xiě)作其列向量記作則為低頻分量i^s的k時(shí)刻向量。諧波電流高頻數(shù)據(jù)的均值為所有母線(xiàn)的諧波電流高頻數(shù)據(jù)均值為簡(jiǎn)稱(chēng)高頻分量，其中為母線(xiàn)i上k時(shí)刻的諧波電流高頻數(shù)據(jù)均值，將i^r展開(kāi)作其列向量記作則為高頻分量i^r的k時(shí)刻向量。

步驟b、測(cè)量數(shù)據(jù)的采集

采集待估計(jì)日的電力系統(tǒng)所有母線(xiàn)的h次諧波電壓測(cè)量數(shù)據(jù)u＝[u1u2…uk…ul]和所有支路諧波電流測(cè)量數(shù)據(jù)b＝[b1b2…bk…bl]，其中，uk(1≤k≤l)為k時(shí)刻的諧波電壓測(cè)量向量，uk＝[uk1,uk2,...,uki...,ukn]，uki為k時(shí)刻母線(xiàn)i的諧波電壓測(cè)量值，bk(1≤k≤l)為k時(shí)刻的支路諧波電流測(cè)量向量，bk＝[bk1,bk2,...bkm...,bkm]，bkm為k時(shí)刻第m條支路諧波電流測(cè)量值，m為支路總數(shù)。

步驟c、諧波電流的估計(jì)

步驟c1、建立諧波電流估計(jì)模型：

c11、建立k時(shí)刻測(cè)量方程：其中，uk為k時(shí)刻諧波電壓測(cè)量向量，bk為k時(shí)刻支路諧波電流測(cè)量向量，zk為諧波電壓電流間關(guān)系矩陣，tk為支路諧波電流與母線(xiàn)諧波電壓關(guān)系矩陣，ik為k時(shí)刻注入諧波電流向量。令測(cè)量向量測(cè)量矩陣設(shè)wk為測(cè)量誤差向量，則測(cè)量方程寫(xiě)作yk＝ckik+wk。

c12、建立k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：ik+1＝fkik+vk，其中fk為k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，vk為系統(tǒng)噪聲。

步驟c2、獲取噪聲參數(shù)：

c21、測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣：根據(jù)諧波測(cè)量裝置的誤差水平確定。

c22、系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣的定義為：在實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)噪聲vk未知，將步驟a中濾波得到歷史諧波電流數(shù)據(jù)高頻分量的k時(shí)刻向量作為對(duì)系統(tǒng)噪聲vk的估計(jì)，根據(jù)公式計(jì)算系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣。

步驟d、變參數(shù)卡爾曼濾波法估計(jì)諧波電流：

步驟d1、在k時(shí)刻預(yù)估k+1時(shí)刻的諧波電流：根據(jù)步驟a濾波得到的諧波電流低頻分量i^s預(yù)估諧波電流狀態(tài)，其中為根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)k+1時(shí)刻諧波電流狀態(tài)的預(yù)估，為濾波得到低頻分量i^s的k+1時(shí)刻向量。

步驟d2、改變k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣參數(shù)：計(jì)算k時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣參數(shù)其中fk為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，為濾波得到低頻分量i^s的k時(shí)刻向量。

步驟d3、更新k時(shí)刻卡爾曼增益：其中，為k-1時(shí)刻對(duì)k時(shí)刻誤差協(xié)方差的預(yù)估。

步驟d4、更新k時(shí)刻諧波電流估計(jì)結(jié)果：其中為k-1時(shí)刻對(duì)k時(shí)刻諧波電流狀態(tài)的預(yù)估，ak為k時(shí)刻諧波測(cè)量中包含的新息新息是模型輸出實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值之差。yk為k時(shí)刻的測(cè)量向量。

步驟d5、更新k時(shí)刻誤差協(xié)方差：

步驟d6、預(yù)估k+1時(shí)刻誤差協(xié)方差：

步驟d7、令k＝k+1，重復(fù)步驟c31-c36，至得到所有時(shí)刻的諧波電流估計(jì)結(jié)果。

步驟d中狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣參數(shù)隨計(jì)算時(shí)刻改變，本發(fā)明稱(chēng)其為變參數(shù)卡爾曼濾波法。

為驗(yàn)證本發(fā)明一種適應(yīng)風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)諧波電流估計(jì)方法在風(fēng)電接入條件下的準(zhǔn)確性，圖2示出本實(shí)施例的一種仿真電路，在圖示ieee13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上進(jìn)行仿真驗(yàn)證，系統(tǒng)的額定電壓為13.8kv，額定功率為10000kva。2個(gè)普通諧波源負(fù)荷分別注入母線(xiàn)7和10，風(fēng)電接入母線(xiàn)13，以5次諧波為例進(jìn)行仿真。

設(shè)定采樣間隔為5min，采集一天的測(cè)量數(shù)據(jù)，樣本點(diǎn)數(shù)n＝288，采用本發(fā)明方法，對(duì)收集的歷史諧波電流數(shù)據(jù)進(jìn)行小波濾波得到高頻分量與低頻分量如圖3所示，比較本發(fā)明方法與卡爾曼濾波法，兩種方法估計(jì)諧波電流與實(shí)際諧波電流i間均方誤差如表1所示。

表1諧波電流估計(jì)結(jié)果的均方誤差

由圖3可見(jiàn)，本發(fā)明方法能夠?qū)v史諧波電流數(shù)據(jù)進(jìn)行有效濾波，低頻分量包含了諧波電流波動(dòng)的規(guī)律性信息，高頻分量則是諧波電流的隨機(jī)成分，不同日期數(shù)據(jù)的低頻分量具有相似波形和幅值，高頻分量則表現(xiàn)為一定范圍的隨機(jī)波動(dòng)。由表1數(shù)據(jù)可見(jiàn)，與卡爾曼濾波法相比，本發(fā)明方法在風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)中能夠得到更為精確的諧波電流估計(jì)結(jié)果，說(shuō)明本發(fā)明方法對(duì)風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性。