本申請是名稱為：一種獲得負(fù)荷非線性函數(shù)的方法、申請日為：2015年06月16日、申請?zhí)枮椋?01510331660.2的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷與參數(shù)辨識技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種獲得負(fù)荷非線性函數(shù)的方法。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷所占比重越來越大，非線性負(fù)荷如大功率可控硅整流裝置、電流煉鋼電弧及軋機等，它們是負(fù)荷函數(shù)隨電量呈非線性變化的非線性負(fù)荷，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形加在非線性負(fù)荷上時，由于遵守歐姆定律，電流要受到約束，導(dǎo)致其波形發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。非線性負(fù)荷會使電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波，造成大量的諧波污染、引起電壓波動及電壓閃變，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。獲取非線性負(fù)荷的函數(shù)，能夠獲取非線性負(fù)荷的函數(shù)，便于了解電網(wǎng)中負(fù)荷的負(fù)荷特性，有利于檢測電網(wǎng)中造成諧波污染的根源，便于選擇最佳的諧波補償點、確定諧波補償量，可以對電力系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)的變化進行跟蹤，更貼切地反映電力系統(tǒng)運行的真實狀況，為電力系統(tǒng)進行潮流計算、電壓穩(wěn)定性計算等電力系統(tǒng)的運算提供精確的等值參數(shù)值。

現(xiàn)有的技術(shù)主要有最小二乘估計法和奇異值分解法。這兩種方法是依據(jù)負(fù)荷端口的電壓電流采樣值，根據(jù)微分方程建立非線性負(fù)荷的電壓電流與等值阻抗之間的關(guān)系，再利用最小二乘法或奇異值分解法解微分方程，最后得出負(fù)荷的等值阻抗參數(shù)。最小二乘估計法比較簡單實用，因而應(yīng)用范圍很廣。但是該方法假定負(fù)荷等值阻抗參數(shù)在一個很小的時間元內(nèi)不變，此時如果采樣頻率過小，則對于非線性程度較高的負(fù)荷，其求取結(jié)果不準(zhǔn)確；如果采樣頻率過大，則會導(dǎo)致量測矩陣奇異，無法對方程準(zhǔn)確求解，從而求解結(jié)果不正確。

針對最小二乘估計法的上述不足之處，奇異值分解法提出了用奇異值分解法求解微分方程。該方法解決了在采樣頻率過大時，量測矩陣奇異，無法正確求解負(fù)荷等值阻抗參數(shù)的問題，在負(fù)荷的等值阻抗參數(shù)辨識精度上有所提高。然而該方法仍然假設(shè)負(fù)荷的等值阻抗參數(shù)在一個很小的時間元上不變，無法正確辨識非線性程度很大的負(fù)荷。另一方面，該方法用一個簡單的電路代替電力系統(tǒng)這樣一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這樣并不準(zhǔn)確，導(dǎo)致了辨識的不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種獲得負(fù)荷非線性函數(shù)的方法。本方法用一個高階微分方程擬合復(fù)雜電路，解決了現(xiàn)有方法用簡單電路代替復(fù)雜電路時所造成的辨識不準(zhǔn)確性。同時，本方法解決了現(xiàn)有方法在假設(shè)負(fù)荷等值阻抗在一個很小的時間元上不變時所造成的誤差。本方法提高了等值阻抗辨識的精度，能夠辯識非線性程度較高的負(fù)荷特性，本方法通過計算負(fù)荷阻抗的等值參數(shù)，可以描述非線性負(fù)荷的特性。

本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)，即一種獲得負(fù)荷非線性函數(shù)的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)采集配電網(wǎng)的電壓信號u(t)、電流信號i(t)：

用信號采集器對配電網(wǎng)某一點的電壓電流信號進行采樣并記錄，獲得該點處的一系列成雙配對的電壓電流序列值u(t)和i(t)；

(2)用函數(shù)um(t)和im(t)擬合u(t)和i(t)：

①首先，利用矩陣束算法將電壓信號u(t)和電流信號i(t)轉(zhuǎn)化為各次諧波分量的組合：

②求取第一電壓系數(shù)a1(t)、第二電壓系數(shù)b1(t)和第一電流系數(shù)a2(t)、第二電流系數(shù)b2(t)：

從而可以將上述函數(shù)um(t)和im(t)表示為

um(t)＝a1(t)cosω0t+b1(t)sinω0t

im(t)＝a2(t)cosω0t+b2(t)sinω0t

(3)建立高階微分方程使得u(t)和i(t)約束于該方程，并采用最小二乘法求出高階微分方程的系數(shù)a0，a1，…ak和b0，b1，…bk；

(4)將函數(shù)um(t)和im(t)代入到高階微分方程中，得到形如

x(t)cosω0t+s(t)sinω0t＝p(t)cosω0t+q(t)sinω0t

的等式，將其與配電網(wǎng)負(fù)荷等效模型對應(yīng)，可以得出配電網(wǎng)每一時刻的負(fù)荷等值阻抗參數(shù)r(t)、l(t)：

其中

在上述計算過程中，

其中

a10(t)＝a1(t),a1n(t)＝a1(n-1)'(t)+ω0b1(n-1)(t)

b10(t)＝b1(t),b1n(t)＝b1(n-1)'(t)-ω0a1(n-1)(t)

a20(t)＝a2(t),a2n(t)＝a2(n-1)'(t)+ω0b2(n-1)(t)

b20(t)＝b2(t),b2n(t)＝b2(n-1)'(t)-ω0a2(n-1)(t)

其中a1(n-1)'(t)、b1(n-1)'(t)、a2(n-1)'(t)、b2(n-1)'(t)分別表示a1(n-1)(t)、b1(n-1)(t)、a2(n-1)(t)、b2(n-1)(t)的微分。

ai'(t)表示ai(t)的微分。

上述計算過程中的ω0＝2πf0，其中f0為電力系統(tǒng)頻率，f0的值為50hz。信號采集器的采樣間隔為0.05ms≤δt≤5ms。

上述計算過程中，ak、bk為高階微分方程系數(shù)，k＝0，1,2···k；aun為電壓信號分解得到的第n個分量的幅值函數(shù)；ωun為電壓信號分解得到的第n個分量的角頻率；為電壓信號分解得到的第n個分量的初始相位；ain為電流信號分解得到的第n個分量的幅值函數(shù)；ωin為電流信號分解得到的第n個分量的角頻率；為電流信號分解得到的第n個分量的初始相位。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：提高了辨識的精度，能夠辨識非線性程度較高的負(fù)荷特性。能夠獲取非線性負(fù)荷的函數(shù)，便于了解電網(wǎng)中負(fù)荷的負(fù)荷特性，有利于檢測電網(wǎng)中造成諧波污染的根源，便于選擇最佳的諧波補償點、確定諧波補償量，可以對電力系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)的變化進行跟蹤，更貼切地反映電力系統(tǒng)運行的真實狀況，為電力系統(tǒng)進行潮流計算、電壓穩(wěn)定性計算等電力系統(tǒng)的運算提供精確的等值參數(shù)值。

附圖說明

圖1為獲得負(fù)荷非線性函數(shù)的方法原理圖。

圖2為配電網(wǎng)負(fù)荷等效電路圖。

具體實施方式

以下詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。

本發(fā)明一種獲得負(fù)荷非線性函數(shù)的方法，其特征在于它包括如下的步驟：

(1)采集配電網(wǎng)的電壓信號u(t)、電流信號i(t)：

用信號采集器對配電網(wǎng)某一點的電壓電流信號進行采樣并記錄，獲得該點處的一系列成雙配對的電壓電流序列值u(t)和i(t)；

(2)用函數(shù)um(t)和im(t)擬合u(t)和i(t)：

①首先，利用矩陣束算法將電壓信號u(t)和電流信號i(t)轉(zhuǎn)化為各次諧波分量的組合：

②求取第一電壓系數(shù)a1(t)、第二電壓系數(shù)b1(t)和第一電流系數(shù)a2(t)、第二電流系數(shù)b2(t)；

從而可以將上述函數(shù)um(t)和im(t)表示為：

um(t)＝a1(t)cosω0t+b1(t)sinω0t

im(t)＝a2(t)cosω0t+b2(t)sinω0t

(3)建立高階微分方程使得u(t)和i(t)約束于該方程，并求出高階微分方程的系數(shù)a0，a1，…ak和b0，b1，…bk；

(4)將函數(shù)um(t)和im(t)代入到高階微分方程中，得到形如

x(t)cosω0t+s(t)sinω0t＝p(t)cosω0t+q(t)sinω0t

的等式，將其與配電網(wǎng)負(fù)荷等效模型對應(yīng)，可以得出配電網(wǎng)每一時刻的負(fù)荷等值阻抗參數(shù)r(t)、l(t)：

其中

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明：

本實施例是針對配網(wǎng)中某一支路的負(fù)荷等值參數(shù)進行辨識的結(jié)果，其中已知該負(fù)荷的等值電阻為1ω，等值電抗為0.01h；現(xiàn)檢測20個時刻點，時間間隔為3ms，辨識結(jié)果如下，由于幅面的限制,將表格分為表1和表2，表1和表2是可以對應(yīng)連接的。

表1

表2

從實施例可以看出，本發(fā)明可以滿足配電網(wǎng)負(fù)荷等值參數(shù)的時刻求解問題，且精度比較高，r(t)誤差在±4％以內(nèi)，l(t)誤差在±0.004％以內(nèi)；本方法可以精確求解負(fù)荷的非線性函數(shù)，達(dá)到實時測量的目的。得到了負(fù)荷的非線性函數(shù)后，可以了解電網(wǎng)中負(fù)荷的負(fù)荷特性，有利于檢測電網(wǎng)中造成諧波污染的根源，便于選擇最佳的諧波補償點、確定諧波補償量，可以對電力系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)的變化進行跟蹤，更貼切地反應(yīng)電力系統(tǒng)運行的真實狀況，為電力系統(tǒng)進行潮流計算、電壓穩(wěn)定性計算等電力系統(tǒng)的運算提供精確的等值參數(shù)值。