基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法及系统

1.一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于，所述配电网谐波贡献计算方法包括以下步骤：步骤1：采集PMU和SCADA混合量测的谐波数据，获得节点谐波电压、节点注入电流、节点注入谐波有功功率、支路谐波电流和支路谐波有功功率；其中，节点谐波电压通过采集的电压值利用傅里叶分解得到；获取混合量测数据后，针对每一个采样时间点，基于混合量测数据建立谐波状态估计量测方程，并利用基于混合量测的谐波状态分步式估计的方式求解，得到各个节点的谐波状态估计数据，包括谐波状态估计电压与谐波状态估计电流；其中，SCADA为数据采集与监控系统，PMU为相角量测装置；步骤1包括：步骤1.1：采集配电网谐波量测数据和配电网静态数据，其中，量测数据从PMU和SCADA装置获得，系统静态数据包括线路参数、变压器参数；步骤1.2：利用步骤1.1中的谐波量测数据和系统静态数据，从所要分析的最低次谐波开始，逐次进行谐波状态估计；步骤1.3：由步骤1.2形成谐波状态估计对应次数的谐波导纳矩阵为：式中 和 ， ， ，分别表示 次谐波电流和 次谐波电压在 时刻的值， 是数据长度， 表示估计误差， 表示谐波耦合导纳矩阵元素；步骤1.4：基于步骤1.3所得的谐波导纳矩阵求得谐波导纳，根据输入的SCADA量测数据建立非线性谐波状态估计方程组，并通过混合遗传算法中的牛顿法求解非线性谐波状态估计方程组，由此得出谐波状态一次估计结果；步骤1.5：将步骤1.4所得的一次估计结果与PMU量测数据共同作为量测量，并根据权重设置方法设置权重，建立线性谐波状态估计方程；步骤1.6：通过抗差最小二乘法的Huber法求解步骤1.5所建立的线性谐波状态估计方程，得到谐波状态二次计算结果；步骤1.7：通过步骤1.6所得二次计算结果判断谐波次数是否超出分析范围，如果谐波次数没有超出分析范围，则重复步骤1.2至步骤1.6，直至达到所要分析的最高次谐波，如果谐波次数超出分析范围，则结束操作；步骤2：根据所述步骤1所得各个节点处的谐波电压和电流数据，进行谐波源定位，确定配电网中各谐波源的位置；步骤3：在步骤2的谐波源定位后，基于所述步骤1的量测数据与谐波状态估计数据，建立观测节点处线性回归方程，并求解回归系数得到系统谐波阻抗与背景侧谐波电压，通过偏最小二乘回归法对所要分析的谐波源进行贡献计算，利用基于谐波电压和谐波电流的双重指标和多谐波次数计算各谐波源对观测节点处的谐波贡献；步骤3中，基于谐波电压和谐波电流双重指标，以如下公式综合计算多谐波次数：其中， 和 分别是谐波源X在观测节点o的h次谐波电压和谐波电流贡献 和 分别是观测节点o处电压和电流h次谐波含有率，H代表所分析的最高次谐波；在所述步骤3中，通过偏最小二乘求取回归系数即得到系统等效谐波阻抗与背景侧谐波电压；以投影占比法分别获得基于谐波电流和谐波电压的谐波贡献计算指标，即利用双重指标对同一谐波源的贡献进行计算，在分析谐波特征信息的基础之上，以各次谐波含有率作为权重计算所有谐波次数的综合贡献。 2.根据权利要求1所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：在所述步骤1中，根据SCADA获取的节点谐波电压、节点注入谐波有功功率、支路谐波电流和支路谐波有功功率，选取直角坐标系下的节点 谐波电压相量为状态量，即 ，其中， 为谐波电压相量实部， 为谐波电压相量虚部建立非线性谐波状态估计方程如下：1）节点谐波电压2）支路谐波电流其中， 为支路谐波电流幅值， 为支路导纳的实部， 为支路导纳的虚部， 和 均为系统节点导纳矩阵中的元素， e j 为节点 j 谐波电压相量的实部， f j 为节点 j 谐波电压相量的虚部；3）节点注入谐波有功功率其中， N 为网络节点数；4）支路谐波有功功率其中， 为支路谐波有功功率。 3.根据权利要求1所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：在所述步骤1中，根据PMU装置提供的带相角的量测数据，建立量测数据下的线性谐波状态估计方程，1）节点谐波电压谐波电压量测类型包括配电网母线电压以及变压器的原副边电压，其建立的量测方程为：其中， 为配电网中节点 的 h 次谐波电压量测相量， 为配电网中节点 的 次谐波电压状态相量， I 表示与 维数相同的单位矩阵， 表示系统中节点 处 次谐波电压量测误差相量；2）节点注入电流配电网中量测装置对所安装位置的谐波注入电流进行量测，由此建立的量测方程为：其中， 为系统中节点 处的 次谐波电流量测量， 为系统中网络节点个数， 为节点导纳矩阵中节点 与节点 之间的对应元素；3）支路谐波电流当节点 存在相量量测装置，则建立支路电流的量测方程：其中， 为支路上的 h 次谐波电流量测量。 4.根据权利要求3所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：所述节点注入电流，对于配电网中的非谐波源母线以及注入电流小于设定阈值的母线，其节点注入电流 设置为0，建立节点注入电流为0的量测方程。 5.根据权利要求3所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：所述支路谐波电流，配电网中变压器通过π型等值电路进行代替。 6.根据权利要求5所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：所述支路谐波电流的量测方程为：上式中， 为自定义的支路导纳矩阵的元素，且有 。 7.根据权利要求1所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：在所述步骤1.2中，选择最低次谐波h=5。 8.根据权利要求1所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：在所述步骤2中，利用谐波状态估计获得各个节点的谐波电压及谐波电流后，计算各个节点的谐波有功功率：其中， 即为各个节点处的 次谐波电流， 为由谐波状态估计得到的各节点的 次谐波电压情况。 9.根据权利要求8所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：当 ，则判定该节点为谐波注入源；当 ，则判定该节点为谐波消纳源。 10.根据权利要求1所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：在所述步骤3中，观测节点处的总谐波电压是由各谐波源共同作用的结果，建立各谐波源发射电流与观测节点谐波电压的线性回归方程， 次谐波的PCC点处的谐波电压表示为式中， 为谐波源负荷 注入PCC点的 次谐波电流， 为谐波源负荷 与PCC点处的 次等效传递谐波阻抗， 表示谐波源 在PCC点处产生的 次谐波电压， 表示系统所产生的 次背景谐波电压，其中，PCC为公共耦合点。 11.根据权利要求1所述的一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法，其特征在于：在所述步骤3中，谐波贡献表示为各谐波源的发射电流在观测节点产生的谐波电压在总谐波电压上的投影百分比，同谐波电压一样，PCC点处的谐波电流也是由各个谐波源共同作用的结果，表示为其中， 为PCC点处的谐波电流， 为系统侧注入的 次谐波电流， 为谐波源 至PCC点的等效电流传播系数，谐波源 取值范围为1至n，h为谐波次数；多谐波源贡献计算系统谐波电流贡献的定义表示为：其中， 是 和 的相量夹角。 12.一种利用权利要求1-11中任一权利要求所述一种基于连续谐波状态估计的配电网谐波贡献计算方法的谐波贡献计算系统，所述谐波贡献计算系统包括连续谐波状态估计模块、谐波源定位模块、谐波责任计算模块，其特征在于：所述连续谐波状态估计模块采集PMU和SCADA混合量测的谐波数据，包括谐波电压、支路谐波电压、节点注入有功谐波功率以及支路谐波有功功率，获取混合量测数据后，选取要进行谐波责任贡献分析的时段，针对每一个采样时间点，基于混合量测数据建立谐波状态估计量测方程，并利用基于混合量测的谐波状态分步式估计方法求解，得到各个节点的谐波状态估计数据，包括谐波电压与谐波电流；其中，SCADA为数据采集与监视控制装置，PMU为相角量测装置；所述谐波源定位模块根据各个节点处的谐波电压和电流数据，进行谐波源定位，找出系统中各谐波源的位置；所述谐波责任计算模块在谐波源定位后，基于量测数据与谐波状态估计数据，建立观测节点处线性回归方程，并求解回归系数得到系统谐波阻抗与背景侧谐波电压，通过偏最小二乘回归法对所要分析的主要谐波源进行贡献计算，利用双重指标和多谐波次数计算各谐波源对观测节点处的谐波贡献。