一种基于电能质量数据交换的谐波污染计算装置

黄子龙

（福建亿兴电力设计院有限公司 福建省泉州市 362000）

1 计算装置的算法概述

1.1 指标数据集合

利用电网中个探测点中的信息收集装置，频率偏差、电压幅值、电压平衡、电压波形和信号电压等信号，分别用Ai、Bi、Ci、Di和Ei代表，通过微分渐进算法研究各点的数值变化。假设探测点钟的电能质量分为两种状态，正常状态和异常状态，并将其设置为1 和0，各指标的状态表示分别为和，或者和E0，各个指标所处的线路为Li。其中，i 属于{1,L,n}。那么各个线路电能质量的变化计算公式为：

其中，λ 为各个指标的变化综合系数，0＜λ＜1。λ=0，各个指标并未出现变化，原有线路的综合指标并未出现变化；λ ≠0，说明各个线路的综合指标存在异常，要对电网的电能质量进行判断与分析[1,2]。λ 设置的意义是为了对线路进行综合评估，降低人为因素、自然因素的干扰，即事件的错误判断[2]。

1.2 约束条件

1.2.1 谐波变化的约束

由于谐波变化与电能质量变化存在相关性，而存在谐波变化的线路与整个电网电能质量之间为非线性关系，所以要对谐波变化进行约束。假设电能质量采集装置为x，其总数为o，在第i 个线路下的变化为，其约束条件为：

其中，C(·)为线路的谐波综合变化分布函数，V(·)为谐波变化的约束函数，ε 为谐波变化的最大值，保证谐波计算方法所取得的最小值为全局最小值，即提高谐波计算的准确性。

1.2.2 电能质量数据约束

ψ 为电能质量数据的综合结果，分为ψ增加和ψ减少，分别代表电能质量变化，ψ增加代表电能质量是由于智能设备的增加而降低，ψ减少代表电能质量是由于用电企业过多而降低。电能质量数据约束公式：

其中，Ti为计算装置检测出电能质量异常的时间，即对电能质量线路进行实时检查，为后续的电能质量降低点分析提供支持。

1.2.3 时间约束

时间约束范围的选择，是约束条件的关键。约束范围过大，会降低计算的准确性，约束范围过小，会增加计算的频率，影响计算的效率。为了更加合理的进行时间约束，要依据电能质量的评价标准，确定时间约束范围，具体计算公式如下[3]：

其中，Ti为谐波变化时间，ti为电能数据交换时间。

1.3 电能质量数据交换与谐波变化阀值

图1：谐波污染降噪结果

图2：仿真结果

假设电能数据交换与谐波变化阀值为λ，其值与电能质量变换之间密切相关。如果λ 阀值过高，会降低整个电网的电能质量，造成电网用户中的设备无法正常运行；阀值过低会增加电能质量预警频率，增加维修人员的维修成本。所以，电能数据交换与谐波变化阀值可以采用最短路径方法，计算电能质量数据交换与谐波污染之间的变化时间，以及两个测试点之间的最短路径dij。假设U 代表出现谐波变化集合，C 代表电能质量数据集合，L 代表电能质量异常点到谐波变化点之间的距离，那么λ 的计算过程如下：

第1 步，构建电能质量数据、谐波变化的矩阵Mij；

第2 步，计算每个Mij的特征矩阵M，求的最小值min（xi）和最大值max（xi），；

2 基于电能质量数据交换的谐波污染微分进化算法

依据之前的数学描述，对谐波污染进行微分进化计算，以提高电能质量变化的判断效率和准确性。

2.1 计算相关数据的集合

先对电能质量数据的集合进行计算，即得到C=(Ai+Bi+Ci+Di+Ei)，然后得到各个电能质量数据采集装置的集合x。其中，线路L={L1,L,Ln}。C 中的电能质量变化的相邻线路为Li，对应的采集装置为和。其中，任何采集装置要符合约束条件谐波综合变化函数C(Ai+Bi+Ci+Di+ Ei)，就可以得到整个电网的谐波变化约束函数，如下所示：

表1：基于电能质量数据交换的谐波污染仿真结果[Popsize（n=8）]

依据上述约束函数，可以进行基于电能质量数据交换的谐波污染计算。

2.2 求得电能质量数据交换与谐波污染的阀值

依据谐波变化结果，如果电能质量下降点＞2 个，那么不同的谐波变化之间的阀值计算如下：

（1）多个谐波变化点相邻，线路交叉L 集合相同，那么电能质量变化点可以看成同一点，无需进行分别计算。

（2）多个谐波变化点相互独立，中间无任何的交叉，且谐波变化方向，就要对相应的电能质量变化点进行独立运算，主要依据各个谐波变化点的独立线路Li、Li+1，以及谐波检测装置xi、xi+1，并独立计算相应的阀值。

（3）多个谐波变化点部分相关，其线路介于相关与独立之间就要对多个谐波变化点、电能质量数据、检测装置的位置进行搜索，得到其IDxi

o。上述不同情况下的阀值计算公式，如下所示：

λi为现有谐波检测数据与上一谐波检测数据的相关性，λi-1为现有谐波检测与下一些不检测数据的相关性，k 代表不同学科数据的关系，1=相关，2=完全不相关，3=部分相关。

2.3 电网中电能质量变化点的定位

（1）先对电网中的检测装置进行初始化，构建检测装置的遍历路径，{电能质量数据序号、上一探测装置ID、谐波变化所在线路、遍历探测装置数}；

（3）再进行相应参数计算时，要符合必要的约束条件。如果遍历探测装置总数等于0，要停止相关遍历，否则进行第2 步运算。

3 案例故障分析

以10kV 电网为例，采用有源滤波器（ACTIVE POWER FLITER，APF）进行数据采集，滤波器总数为8 个，探测电能质量的线路为15 条，谐波变化点与电能质量变化点之间的距离为50～200m 之间，一致性（1 代表不一致，0 代表一致），谐波变化范围为5Hz～10Hz 之间，具体分析如下：

3.1 电能质量异常判断的时间

由表1 可知，L3线路与其探测装置的不一致，其他线路均一致。在此一致条件下，谐波频率、检测时间均在预前要求的范围内，且检测时间＜20s，符合实际要求。同时，其谐波污染与电能质量之间的波形图如图1所示。

通过上述分析可知，处理后的谐波污染降噪效果比较理想，进一步说明基于电能质量数据交换的谐波污染计算装置的有效。

3.2 故障定位的准确性

对基于电能质量数据交换的谐波污染计算装置进行200 次的迭代计算，结果显示：随着计算迭代次数的增加，计算结果并未出现显著性的变化，且计算结果的准确性95%以，计算准确性相对较高。如图2所示。

4 结束语

提出一种基于电能质量数据交换的谐波污染计算装置，该装置通过对电能质量数据交换数据、谐波变化数据进行收集，并构建相应的约束条件、阀值，计算电能质量数据变化与谐波污染之间的关系，通过这条路径的方法确定电能质量变化点，旨在促进电能质量变化的准确监测。