一种电力系统的谐波放大检测方法及系统与流程

本发明涉及电力系统，尤其涉及电力系统的谐波放大检测方法及系统。

背景技术：

1、电力系统中的间谐波频率成分对基波与谐波耦合通路的影响是一个复杂而独特的技术问题。当电力系统中出现频率偏移时，非整数次频率分量在阻抗频率响应曲线拐点处产生累积效应，导致阻抗频率响应曲线发生畸变，进而引发谐波放大现象。这种放大效应对电力系统稳定性产生重要影响，其内在机理尚需深入研究。具体而言，间谐波频率成分与基波和谐波之间存在复杂的关系，它们通过阻抗频率响应曲线上的拐点进行能量交换和转移。当电力系统频率偏移时，非整数次频率分量在拐点处累积，改变了原有的阻抗平衡，导致阻抗频率响应曲线畸变，使得特定频率的谐波分量被放大。这种谐波放大现象会对电力系统的电压质量、设备绝缘和保护装置产生不利影响，甚至引发电力系统失稳。

2、现有方案中缺乏对引起谐波放大效应的设备检测的方案，无法及时进行电力系统维护，电力系统的稳定性较差。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本发明提供的电力系统的谐波放大检测方法及系统，能够实现对谐波源设备的检测，便于及时进行电力系统维护，能够提高电力系统的稳定性。

2、本发明实施例提供一种电力系统的谐波放大检测方法，所述方法包括：

3、获取电力系统的拓扑结构和负载分布数据，分析包含间谐波频率成分的电力系统阻抗的频率响应，得到阻抗频率响应曲线；

4、计算所述阻抗频率响应曲线中拐点处阻抗值与相邻频率点阻抗值的差值，根据得到的差值进行谐波放大现象的频率分量分析；

5、当检测到引起谐波放大现象的非整数次频率分量时，判定产生频率偏移现象，根据所述电力系统的电压信号和预设的基波周期倍数，计算频率偏移的幅值和持续时间；

6、根据所述幅值和所述持续时间分析所述电力系统阻抗的频率响应，模拟所述电力系统在频率偏移情况下的阻抗频率特性变化，并根据阻抗频率特性变化确定频率偏移引起的阻抗频率响应曲线畸变量，通过对比频率偏移前后的阻抗频率响应曲线，确定谐波放大的频率区间；

7、根据所述频率区间确定谐波导致的电压畸变率和电流畸变率，根据所述电压畸变率和所述电流畸变率计算谐波的危害系数；

8、根据所述危害系数确定引起谐波放大的谐波源设备类型。

9、优选地，获取电力系统的拓扑结构和负载分布数据，分析包含间谐波频率成分的电力系统阻抗的频率响应，得到阻抗频率响应曲线，包括：

10、根据配电终端采集的所述电力系统的拓扑结构和负载分布数据，确定拓扑节点坐标及节点间连接关系矩阵；

11、读取所述节点间连接关系矩阵中不同节点的节点电压值与节点电流值，构建负载分布矩阵；

12、采用傅里叶变换对所述负载分布矩阵中节点电压值及节点电流值进行分解，得到基波频率倍数的信号幅值，根据所述信号幅值计算阻抗频率响应向量；

13、对所述阻抗频率响应向量标记的断路器位置注入非整数次频率成分的谐波电流，获取所述断路器位置的相邻节点的谐波电压幅值及谐波相位；

14、采用线性插值对所述谐波电压幅值及所述谐波相位按时间序列依次连接，根据连接点的前后数值偏差计算拟合曲线的连接点斜率；

15、当计算的连接点斜率不在预设的阈值区间内时，则增加线性插值的采样次数，重新确定连接点，并计算拟合曲线的连接点斜率，直到连接点斜率在所述阈值区间内为止；

16、当计算的连接点斜率在所述阈值区间内时，根据采样点绘制所述阻抗频率响应曲线。

17、优选地，计算所述阻抗频率响应曲线中拐点处阻抗值与相邻频率点阻抗值的差值，根据得到的差值进行谐波放大现象的频率分量分析，包括：

18、对所述阻抗频率响应曲线按基波频率倍数间隔进行离散化处理；

19、采用固定长度的数据窗口计算得到的离散点序列在窗口内阻抗最大值与最小值的差异度，将计算得到的差异度大于预设指标的位置作为阻抗曲线的拐点坐标；

20、根据所述拐点坐标的阻抗复数值建立阻抗差值矩阵；

21、根据所述阻抗差值矩阵采用电压信号与电流信号的傅里叶分量比值计算相邻频率点阻抗变化量，计算预设的基准频率点与当前频率点阻抗值的比值，标记比值超出预设的比值阈值的频率点；

22、根据标记的频率点提取谐波放大频率区间，根据所述谐波放大频率区间内所包含的频率分量，采用若干频率点构成的滑动窗口计算窗口内阻抗值的累积乘积；

23、当滑动窗口的累积乘积的最大值与最小值的比值超出预设的倍数时，记录对应频率点坐标；

24、采用小波变换对所记录的频率点的阻抗序列进行时频分析；

25、当幅值谱相邻峰值时间间隔小于预设的采样周期与预设的倍数的乘积时，则判定相邻频率点为谐波放大现象的非整数次频率分量。

26、优选地，根据所述电力系统的电压信号和预设的基波周期倍数，计算频率偏移的幅值和持续时间，包括：

27、根据所述非整数次频率分量的谐波电流值，采用第一预设倍数的基波周期作为采样窗口对所述电力系统的电压信号进行傅里叶变换，计算基波信号与谐波信号的相位角之差，得到频率偏移量序列；

28、根据每个采样周期内的偏移量序列构建时域分布曲线；

29、记录所述时域分布曲线中偏移量在预设的基频范围区间内的幅值和持续时间，作为频率偏移的幅值和持续时间。

30、进一步地，所述方法还包括：

31、采用所述电力系统的负载运行状态作为判据确定变频器的负载容量；根据所述负载容量与所述时域分布曲线中的偏移量的对应关系，确定频率偏移的发生时刻；

32、对频率偏移的发生时刻与所述持续时间的乘积项建立正态分布函数，采用所述正态分布函数的均值和方差计算频率偏移的发生概率。

33、优选地，根据所述幅值和所述持续时间分析所述电力系统阻抗的频率响应，模拟所述电力系统在频率偏移情况下的阻抗频率特性变化，并根据阻抗频率特性变化确定频率偏移引起的阻抗频率响应曲线畸变量，通过对比频率偏移前后的阻抗频率响应曲线，确定谐波放大的频率区间，包括：

34、对所述阻抗频率响应曲线按基波频率周期采样，构建阻抗频率响应矩阵；

35、采用傅里叶变换对含频率偏移的所述阻抗频率响应矩阵进行频谱分析，通过基波频率与预设倍数的频率分量的幅值进行叠加计算，得到阻抗频率特性参数；

36、根据所述阻抗频率特性参数构建修正后的阻抗频率修订曲线，确定加入频率偏移后的幅值变化量；

37、根据所述幅值变化量采用最小二乘法计算所述阻抗频率特性参数的形变量，通过所述阻抗频率响应曲线与所述阻抗频率修订曲线的差值得到畸变度；

38、采用支持向量回归对得到的畸变度进行数值拟合，根据得到的畸变度序列在频率轴上的分布确定幅值变化曲线；

39、将所述幅值变化曲线中幅值超过预设基准值的频率区间确定为谐波放大的频率区间。

40、优选地，根据所述频率区间确定谐波导致的电压畸变率和电流畸变率，根据所述电压畸变率和所述电流畸变率计算谐波的危害系数，具体包括：

41、根据所述频率区间的电压电流采样数据，采用第二预设倍数的基波周期作为采样窗口的窗口长度对电压波形和电流波形进行傅里叶分解；

42、根据分解得到的谐波分量幅值的均方根值计算电压畸变率与电流畸变率；

43、根据所述电压畸变率与预设的电压基准值的比值构建电压危害评估矩阵；

44、根据所述电流畸变率与预设的电流基准值的比值构建电流危害评估矩阵；

45、根据所述电压危害评估矩阵以及所述电流危害评估矩阵进行支持向量回归映射，根据所述电压畸变率超出预设的电压门限值的时间占比与所述电流畸变率超出预设的电流门限值的时间占比计算所述危害系数。

46、优选地，根据所述危害系数确定引起谐波放大的谐波源设备类型，包括：

47、获取每个频率区间对应的危害系数；

48、计算不同频率区间对应的危害系数与预设的电力设备数据库不同类型设备的危害系数的重合度；

49、将重合度不小于预设阈值的设备的类型确定为所述谐波源设备类型。

50、优选地，所述方法还包括：

51、根据预设的基波频率与所述非整数次频率分量的比值关系，构建节点导纳矩阵，根据所述节点导纳矩阵确定频率间的耦合特性，根据所述耦合特性计算阻抗复数值得到耦合传递函数；

52、根据所述耦合传递函数的幅值与相角构建功率损耗矩阵；

53、根据所述功率损耗矩阵计算所述电力系统的输入点功率与输出点功率，进而计算传输效率；

54、将传输效率低于预设的基准值的线路区段标记为传输容量受限点；

55、获取所述传输容量受限点的三相电压数据，采用基波周期数据窗口对所述三相电压数据进行对称分量变换；

56、计算得到的零序分量与正序分量的比值作为三相电压不平衡度；

57、计算得到的负序分量与所述正序分量的比值作为各次谐波的电压畸变率；

58、采用预设第一时长内的短时闪变值与预设的第二时长内的长时闪变值计算电压扰动指标。

59、本发明实施例还提供一种电力系统的谐波放大检测系统，所述系统包括控制器，所述控制器用于执行如上述实施例中任意一项所述的电力系统的谐波放大检测方法。

60、本发明提供的电力系统的谐波放大检测方法及系统，通过获取电力系统的拓扑结构和负载分布数据，分析包含间谐波频率成分的电力系统阻抗的频率响应，得到阻抗频率响应曲线；计算所述阻抗频率响应曲线中拐点处阻抗值与相邻频率点阻抗值的差值，根据得到的差值进行谐波放大现象的频率分量分析；当检测到引起谐波放大现象的非整数次频率分量时，判定产生频率偏移现象，根据所述电力系统的电压信号和预设的基波周期倍数，计算频率偏移的幅值和持续时间；根据所述幅值和所述持续时间分析所述电力系统阻抗的频率响应，模拟所述电力系统在频率偏移情况下的阻抗频率特性变化，并根据阻抗频率特性变化确定频率偏移引起的阻抗频率响应曲线畸变量，通过对比频率偏移前后的阻抗频率响应曲线，确定谐波放大的频率区间；根据所述频率区间确定谐波导致的电压畸变率和电流畸变率，根据所述电压畸变率和所述电流畸变率计算谐波的危害系数；根据所述危害系数确定引起谐波放大的谐波源设备类型。本方案能够实现对谐波源设备的检测，便于及时进行电力系统维护，能够提高电力系统的稳定性。