阅读说明：本技术 一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法 (Power transmission line harmonic parameter estimation method for power grid harmonic analysis ) 是由 徐群伟 吴俊� 黄弘扬 楼伯良 吕文韬 马智泉 李培 陈�峰 许双婷 王杨 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法,包括：对输电线路进行监测得到两端的谐波电压有效值、谐波有功功率和谐波无功功率；基于输电线路分布参数模型,建立输电线路谐波参数与两端的所述谐波电压有效值、所述谐波有功功率和所述谐波无功功率之间的关系式；对每个数据段随机选取多个点数据,利用多点估计得到方程组；通过非线性优化算法求解所述方程组,得到输电线路的谐波参数。利用本发明得到的谐波参数进行更为准确的谐波建模,对做电网谐波潮流计算、状态估计、谐波源定位等具有重要意义。(The invention discloses a power transmission line harmonic parameter estimation method for power grid harmonic analysis, which comprises the following steps: monitoring the power transmission line to obtain a harmonic voltage effective value, harmonic active power and harmonic reactive power at two ends; establishing a relation among a harmonic parameter of the power transmission line, the harmonic voltage effective value at two ends, the harmonic active power and the harmonic reactive power based on a power transmission line distribution parameter model; randomly selecting a plurality of point data for each data segment, and obtaining an equation set by utilizing multipoint estimation; and solving the equation set through a nonlinear optimization algorithm to obtain the harmonic parameters of the power transmission line. The harmonic parameters obtained by the method are utilized to carry out more accurate harmonic modeling, and the method has important significance for power grid harmonic load flow calculation, state estimation, harmonic source positioning and the like.)

一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，它特别涉及一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法。

背景技术

随着越来越多的非线性负荷接入电网，电网谐波污染问题日益严重，使得对系统进行谐波分析，包括谐波潮流计算、谐波状态估计和谐波源定位等具有重要意义，而对系统各个元件进行谐波建模，估计其谐波参数是进行谐波分析的前提。近年来，输电线路的基波参数识别技术已经较为成熟，但谐波参数估计的相关研究较少。

传统的输电线路谐波参数估计是基于线路单位长度阻抗、导纳值不变的前提假设，令谐波电阻与基波一致，谐波电抗为基波电抗的h倍，且忽略线路并联电导。但是，由于导体集肤效应和大地回路阻抗的频率响应，输电线路单位阻抗实际上随频率变化，在仿真算例中，输电线路单位长度电阻和电抗值随频率变化如图2所示。因此，当谐波频率升高，传统方法的前提假设不满足，谐波参数估计误差会随之变大。

另一方面，由Carson公式和Bessel函数也可以较准确计算输电线路谐波参数，但计算过程复杂，且需要已知输电线路精确的结构参数，包括导体截面积、高度和直流电阻等。

发明内容

为了解决现有输电线路谐波参数估计方法忽略单位阻抗的频率响应，导致参数估计不准确的问题，提出了一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法，能够较准确估计输电线路谐波参数。

一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法，包括：

S100：对输电线路进行监测得到两端的谐波电压有效值、谐波有功功率和谐波无功功率；

S200：基于输电线路分布参数模型，建立输电线路谐波参数与两端的所述谐波电压有效值、所述谐波有功功率和所述谐波无功功率之间的关系式；

S300：根据所述关系式，对每个数据段随机选取多个点数据，利用多点估计得到方程组；

S400：通过非线性优化算法求解所述方程组，得到输电线路的谐波参数。

优选的，所述步骤S100：PQ监测装置监测输电线路送端、受端得到：输电线路送端的谐波电压有效值V₁和受端的谐波电压有效值V₂、送端的谐波有功功率P₁和受端的谐波有功功率P₂、送端的谐波无功功率Q₁和受端的谐波无功功率Q₂。

优选的，所述步骤S200：

输电线路的分布参数可由所述集中参数计算得到，

其中，

R₀、X₀、G₀、B₀为所述集中参数，R₀和X₀为集中串联电阻和电抗，G₀和B₀为集中并联电导和电钠，其中，R和X为等效串联电阻和电抗，G和B为等效并联电导和电钠；

根据送端和受端数据计算流经串联阻抗的电流为，

由串联电阻R和电抗X引起的输电线路的谐波有功功率损耗为，

(I_L)²R＝((P₁-|V₁|²G/2)+(P₂-|V₂|²G/2))

并联电导G和电钠B造成的输电线路的谐波无功功率损耗为，

(I_L)²X＝((Q₁+|V₁|²G/2)+(Q₂+|V₂|²G/2))。

优选的，所述步骤S300：

对每个数据段随机选取多个点数据，利用多点估计得到方程组为，

其中

ε为方程的估计误差，i＝1,2,3,…n表示第i个数据点，n为总数据点数。

优选的，所述步骤S400，

采用Levenberg-Marquardt法求解，其目标函数为，

其中Z＝[R₀；X₀；G₀；B₀],i＝1,2,…10，迭代求解得到输电线路的所述集中参数；

根据所述集中参数计算输电线路的所述分布参数。

根据本发明的另一方面，提供一种电子设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上任一项所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、计及输电线路单位电阻、电抗的频率响应，能够较准确估计输电线路谐波参数；

2、计及输电线路并联电导，当输电线路存在电晕损耗时，与传统方法相比，参数估计误差较小；

3、谐波参数估计过程仅需线路两端谐波电压有效值和谐有功无功功率值，数据可从电能质量监测装置得到，计算简便，具有工程实用性。

利用本发明得到的谐波参数进行更为准确的谐波建模，对做电网谐波潮流计算、状态估计、谐波源定位等具有重要意义。

附图说明：

图1为本发明的流程示意图。

图2为输电线路单位长度阻抗的频率响应示意图。

图3为输电线路集中参数模型示意图。

图4为输电线路分布参数模型示意图。

图5为实施例1中3次谐波电压、有功和无功功率值的示意图。

图6为实施例1的计算误差的示意图。

图7是根据本发明实施例的电子设备装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，一种用于电网谐波分析的输电线路谐波参数估计方法，包括：

S100：对输电线路进行监测得到两端的谐波电压、谐波有功功率和谐波无功功率；

所述步骤S100：PQ监测装置监测输电线路送端、受端得到：输电线路送端的谐波电压有效值V₁和受端的谐波电压有效值V₂、送端的谐波有功功率P₁和受端的谐波有功功率P₂、送端的谐波无功功率Q₁和受端的谐波无功功率Q₂。

S200：基于输电线路分布参数模型，建立输电线路谐波参数与两端的所述谐波电压、所述谐波有功功率和所述谐波无功功率之间的关系式；

输电线路的集中参数模型如图3所示，其中，R₀和X₀为集中串联电阻和电抗，G₀和B₀为集中并联电导和电钠。随着谐波频率增高，谐波波长增加，传输线长度与电磁波波长比减小，沿线谐波电压、电流将呈现波动性，因此输电线路的谐波分析必须采用分布参数模型，其模型如图4所示。其中，R和X为等效串联电阻和电抗，G和B为等效并联电导和电钠，V₁和V₂分别为送端和受端电压幅值，P₁和P₂分别为送端和受端谐波有功功率，Q₁和Q₂分别为送端和受端谐波有功功率。输电线路的分布参数可由所述集中参数计算得到，

其中，

R₀、X₀、G₀、B₀为所述集中参数，R₀和X₀为集中串联电阻和电抗，G₀和B₀为集中并联电导和电钠，其中，R和X为等效串联电阻和电抗，G和B为等效并联电导和电钠。

根据送端和受端数据计算流经串联阻抗的电流为，

由串联电阻R和电抗X引起的输电线路的谐波有功功率损耗为，

(I_L)²R＝((P₁-|V₁|²G/2)+(P₂-|V₂|²G/2))

并联电导G和电钠B造成的输电线路的谐波无功功率损耗为，

(I_L)²X＝((Q₁+|V₁|²G/2)+(Q₂+|V₂|²G/2))

此时，未知量R、X、G、B大于方程个数，无法直接求解。为了解决此问题，本方明提出多点法，即步骤S300。

S300：对每个数据段随机选取多个点数据，利用多点估计得到方程组；

对每个数据段(如10min)随机选取多个点数据，利用多点估计得到方程组为，

其中

ε为方程的估计误差，i＝1,2,3,…n表示第i个数据点，n为总数据点数，方程组共包含4个未知数R₀、X₀、G₀、B₀。

因此，当n大于等于2，方程个数大于或等于未知量数，可以利用非线性优化算法求解，即步骤S400。

S400：通过非线性优化算法求解所述方程组，得到输电线路的谐波参数。

采用Levenberg-Marquardt法求解，其目标函数为，

其中Z＝[R₀；X₀；G₀；B₀],i＝1,2,…10，迭代求解得到输电线路的所述集中参数；

根据所述集中参数计算输电线路的所述分布参数。

本发明计及输电线路单位电阻、电抗的频率响应，能够较准确估计输电线路谐波参数；计及输电线路并联电导，当输电线路存在电晕损耗时，与传统方法相比，参数估计误差较小；谐波参数估计过程仅需线路两端谐波电压有效值和谐有功无功功率值，数据可从电能质量监测装置得到，计算简便，具有工程实用性。

实施例1

利用PSCAD对长度为300km的500kV输电线路进行仿真验证，参数设置如表1，设置送端各次等效谐波电压源有效值为基波电压有效值的1％。从PSCAD输出的参数文件中提取传输线路谐波参数的精确值，仿真时长为24h，以5s为采样间隔，共17280个仿真数据。

表1 仿真模型参数设置

第一步，获取输电线路两端的谐波电压、有功功率和无功功率值，本仿真案例中，3次谐波电压、有功功率、无功功率值如图5所示。

第二步，数据随机取样分组，10分钟采样数据为120个点，随机取样10个点作为一组，一天共144组数据；

第三步，对各组数据，利用LM法迭代求解式(7)，每组计算结果取平均值作为输电线路的谐波集中参数值；

第四步，利用式(1)求解得到输电线路的分布参数值，计算结果如表2所示(其中方法1为传统方法，方法2为本方明所提方法)；

表2 实施例1计算结果

计算相对误差，结果如图6所示，可以得出结论：传统方法随着频率的增高，等效电阻和电导估计误差变大，甚至高达40％左右。而本方明所提的输电线路谐波参数估计方法估计精确度较高。

实施例2

传统的输电线路谐波参数估计忽略等效并联电导，当输电线路存在电晕损耗的时候，且考虑分布参数模型(四个参数之间相互影响)，忽略G₀可能使得其他参数的估计准确度降低。因此，在算例1的基础上，考虑输电线路存在电晕损耗为5kW/km(G₀＝0.0015)，计算误差如表3所示。

表3 实施例2计算误差

由表3可知，传统方法估计输电线路的等效并联电阻和电导误差都较大，且等效电导在所有谐波频率下计算误差均较高，而本方明所提方法的各个参数计算误差都在5％以内。可以得出结论：在输电线路存在电晕损耗情况下，传统方法忽略并联电导会导致电导估计误差增大，而本方明所提的输电线路谐波参数估计方法估计精确度仍较高。

图7示出了根据本发明示例性实施例的电子设备(例如具备程序执行功能的计算机服务器)，其包括至少一个处理器，电源，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器和输入输出接口；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述任一实施例所公开的方法；所述输入输出接口可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据；电源用于为电子设备提供电能。

本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。