中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (1): 15-25.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401107
陈仕龙1(), 吴涛1, 郭成1(
), 毕贵红1, 钱永亮2
收稿日期:
2024-01-25
接受日期:
2024-07-25
出版日期:
2025-01-28
发布日期:
2025-01-23
作者简介:
陈仕龙(1973—),男,博士,教授,从事电力系统新型继电保护、电能质量分析等研究,E-mail:chenshilong3@126.com基金资助:
Shilong CHEN1(), Tao WU1, Cheng GUO1(
), Guihong BI1, Yongliang QIAN2
Received:
2024-01-25
Accepted:
2024-07-25
Online:
2025-01-28
Published:
2025-01-23
Supported by:
摘要:
针对传统谐波责任划分方法需采用专门同步设备监测数据,且需基于等值电路模型划分谐波责任,工程应用较为复杂等不足,采用现有谐波监测装置非同步测量数据,提出一种综合考虑了数据非同步性、场景划分和数据相关性的谐波责任划分方法。首先,对原始非同步监测数据集采用分段聚合近似算法进行降噪预处理,利用形状动态时间规整算法(shape dynamic time warping,ShapeDTW)实现数据匹配对齐;然后,利用点排序识别聚类结构的聚类算法(ordering points to identify the clustering structure,OPTICS)划分场景以处理电力系统中因负荷投切和无功补偿装置切换等情况导致的谐波责任变化;最后,基于相关性分析构建场景谐波责任和总谐波责任指标,在指标构建的过程中引入了场景时长占比这一因素以得到更加科学合理的总谐波责任值。通过仿真验证和电网实例验证,该方法能基于现有非同步性监测数据实现各用户合理时间尺度动态谐波责任划分,可为工程上的快速谐波责任划分提供一定的新思路和新方法。
陈仕龙, 吴涛, 郭成, 毕贵红, 钱永亮. 基于相关性分析的电网非同步监测数据场景谐波责任划分[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 15-25.
Shilong CHEN, Tao WU, Cheng GUO, Guihong BI, Yongliang QIAN. Harmonic Responsibility Division of Grid Asynchronous Monitoring Data Scenarios Based on Correlation Analysis[J]. Electric Power, 2025, 58(1): 15-25.
场景 (样本点数) | 非同步采样 时间差/s | 系统侧/馈 线侧阻抗 | Zx/Ω | Zy/Ω | ||||
场景1 (1—440) | 0 | ZS | 20.15 | 7.89 | ||||
Zc1 | 12.35 | 11.27 | ||||||
Zc2 | 22.75 | 21.36 | ||||||
Zc3 | 43.85 | 43.12 | ||||||
场景2 (441— | –2 | ZS | 12.15 | 6.57 | ||||
Zc1 | 8.19 | 11.34 | ||||||
Zc2 | 17.34 | 2.77 | ||||||
Zc3 | 38.53 | 45.27 | ||||||
场景3 ( | +3 | ZS | 25.36 | 8.73 | ||||
Zc1 | 16.31 | 9.87 | ||||||
Zc2 | 20.75 | 16.15 | ||||||
Zc3 | 25.39 | 11.68 | ||||||
场景4 ( | –1 | ZS | 8.91 | 3.26 | ||||
Zc1 | 20.39 | 12.62 | ||||||
Zc2 | 18.56 | 16.21 | ||||||
Zc3 | 30.21 | 16.45 |
表 1 仿真参数
Table 1 Simulation parameters
场景 (样本点数) | 非同步采样 时间差/s | 系统侧/馈 线侧阻抗 | Zx/Ω | Zy/Ω | ||||
场景1 (1—440) | 0 | ZS | 20.15 | 7.89 | ||||
Zc1 | 12.35 | 11.27 | ||||||
Zc2 | 22.75 | 21.36 | ||||||
Zc3 | 43.85 | 43.12 | ||||||
场景2 (441— | –2 | ZS | 12.15 | 6.57 | ||||
Zc1 | 8.19 | 11.34 | ||||||
Zc2 | 17.34 | 2.77 | ||||||
Zc3 | 38.53 | 45.27 | ||||||
场景3 ( | +3 | ZS | 25.36 | 8.73 | ||||
Zc1 | 16.31 | 9.87 | ||||||
Zc2 | 20.75 | 16.15 | ||||||
Zc3 | 25.39 | 11.68 | ||||||
场景4 ( | –1 | ZS | 8.91 | 3.26 | ||||
Zc1 | 20.39 | 12.62 | ||||||
Zc2 | 18.56 | 16.21 | ||||||
Zc3 | 30.21 | 16.45 |
场景 | 谐波责任占比/% | |||||
馈线1 | 馈线2 | 馈线3 | ||||
1 | 61.31 | –2.77 | 41.46 | |||
2 | 57.78 | 30.79 | 11.43 | |||
3 | 35.27 | 22.56 | 42.17 | |||
4 | 9.40 | 61.04 | 29.56 |
表 2 各场景下馈线的谐波责任
Table 2 Harmonic responsibility of the feeder under each scenario
场景 | 谐波责任占比/% | |||||
馈线1 | 馈线2 | 馈线3 | ||||
1 | 61.31 | –2.77 | 41.46 | |||
2 | 57.78 | 30.79 | 11.43 | |||
3 | 35.27 | 22.56 | 42.17 | |||
4 | 9.40 | 61.04 | 29.56 |
场景 | 时长占比/% | 谐波责任占比/% | ||||||
馈线1 | 馈线2 | 馈线3 | ||||||
1 | 10.19 | 6.25 | –0.28 | 4.22 | ||||
2 | 16.67 | 9.63 | 5.13 | 1.91 | ||||
3 | 33.33 | 11.76 | 7.52 | 14.06 | ||||
4 | 39.81 | 3.74 | 24.30 | 11.77 |
表 3 考虑场景时长占比后的谐波责任
Table 3 Harmonic responsibility with consideration of the scenario duration percentage
场景 | 时长占比/% | 谐波责任占比/% | ||||||
馈线1 | 馈线2 | 馈线3 | ||||||
1 | 10.19 | 6.25 | –0.28 | 4.22 | ||||
2 | 16.67 | 9.63 | 5.13 | 1.91 | ||||
3 | 33.33 | 11.76 | 7.52 | 14.06 | ||||
4 | 39.81 | 3.74 | 24.30 | 11.77 |
谐波源 | 总谐波责任对比/% | |||||||
本文 方法 | 未考虑数据 非同步性 | 未考虑谐波 阻抗变化 | 未考虑各场 景时间范畴 | |||||
馈线1 | 31.38 | 59.24 | 25.38 | 40.94 | ||||
馈线2 | 36.67 | 27.89 | 35.30 | 27.91 | ||||
馈线3 | 31.95 | 12.87 | 39.32 | 31.16 |
表 4 总谐波责任对比
Table 4 Total harmonic responsibility comparison
谐波源 | 总谐波责任对比/% | |||||||
本文 方法 | 未考虑数据 非同步性 | 未考虑谐波 阻抗变化 | 未考虑各场 景时间范畴 | |||||
馈线1 | 31.38 | 59.24 | 25.38 | 40.94 | ||||
馈线2 | 36.67 | 27.89 | 35.30 | 27.91 | ||||
馈线3 | 31.95 | 12.87 | 39.32 | 31.16 |
场景 | 时长占比/% | 谐波责任划分/% | ||||||
馈线1 | 馈线2 | 馈线3 | ||||||
1 | 30.13 | 75.43 | –40.54 | 53.21 | ||||
2 | 21.92 | 93.70 | –27.06 | 63.01 | ||||
3 | 47.95 | 81.82 | –35.11 | 69.56 | ||||
全时段总谐波 | 67.59 | –19.37 | 51.78 |
表 5 实例分析的谐波责任划分
Table 5 Harmonic responsibility division in case study
场景 | 时长占比/% | 谐波责任划分/% | ||||||
馈线1 | 馈线2 | 馈线3 | ||||||
1 | 30.13 | 75.43 | –40.54 | 53.21 | ||||
2 | 21.92 | 93.70 | –27.06 | 63.01 | ||||
3 | 47.95 | 81.82 | –35.11 | 69.56 | ||||
全时段总谐波 | 67.59 | –19.37 | 51.78 |
1 | 丁同, 陈红坤, 吴斌, 等. 多谐波源定位及谐波责任量化区分方法综述[J]. 电力自动化设备, 2020, 40 (1): 19- 30. |
DING Tong, CHEN Hongkun, WU Bin, et al. Overview on location and harmonic responsibility quantitative determination methods of multiple harmonic sources[J]. Electric Power Automation Equipment, 2020, 40 (1): 19- 30. | |
2 | 朱武, 刘雅娟. 大型光伏电站谐波谐振机理研究[J]. 中国电力, 2018, 51 (3): 121- 130. |
ZHU Wu, LIU Yajuan. Harmonic resonance mechanism study of large-scale photovoltaic power plants[J]. Electric Power, 2018, 51 (3): 121- 130. | |
3 |
MCEACHERN A, GRADY W M, MONCRIEF W A, et al. Revenue and harmonics: an evaluation of some proposed rate structures[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1995, 10 (1): 474- 482.
DOI |
4 | 马思棋, 王忠. 基于贝叶斯优化弹性网络回归的谐波状态估计方法[J]. 中国电力, 2022, 55 (8): 104- 112. |
MA Siqi, WANG Zhong. Harmonic state estimation method based on Bayesian optimized elastic network regression[J]. Electric Power, 2022, 55 (8): 104- 112. | |
5 | 孙媛媛, 李树荣, 石访, 等. 含分布式谐波源的配电网多谐波源责任划分[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39 (18): 5389- 5398. |
SUN Yuanyuan, LI Shurong, SHI Fang, et al. Multiple harmonic source contribution determination in the active distribution network with distributed harmonic sources[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39 (18): 5389- 5398. | |
6 | 孙媛媛, 李佳奇, 尹志明. 基于实测数据的集中式多谐波源责任评估[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34 (13): 2164- 2171. |
SUN Yuanyuan, LI Jiaqi, YIN Zhiming. Quantifying harmonic impacts for concentrated multiple harmonic sources using actual data[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34 (13): 2164- 2171. | |
7 | 龚华麟, 肖先勇, 刘亚梅, 等. 基于主导波动量筛选原理的用户谐波发射水平估计方法[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30 (4): 22- 27. |
GONG Hualin, XIAO Xianyong, LIU Yamei, et al. A method for assessing customer harmonic emission level based on the dominant fluctuation filtering principle[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30 (4): 22- 27. | |
8 | 林顺富, 颜昕昱, 钟良亮, 等. 基于子带分量分解与独立分量分析的系统谐波阻抗估计方法[J]. 电力自动化设备, 2021, 41 (1): 179- 185. |
LIN Shunfu, YAN Xinyu, ZHONG Liangliang, et al. System harmonic impedance estimation method based on sub-band component decomposition and independent component analysis[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41 (1): 179- 185. | |
9 |
吴雅玥, 徐方维, 张伟骏, 等. 基于修正独立随机矢量的系统侧谐波阻抗估计[J]. 电力系统自动化, 2019, 43 (20): 146- 152.
DOI |
WU Yayue, XU Fangwei, ZHANG Weijun, et al. System-side harmonic impedance estimation based on modified independent random vectors[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43 (20): 146- 152.
DOI |
|
10 |
MAZIN H E, XU W, HUANG B. Determining the harmonic impacts of multiple harmonic-producing loads[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, 26 (2): 1187- 1195.
DOI |
11 | 贾秀芳, 华回春, 曹东升, 等. 基于复线性最小二乘法的谐波责任定量划分[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33 (4): 149- 155, 前插19. |
JIA Xiufang, HUA Huichun, CAO Dongsheng, et al. Determining harmonic contributions based on complex least squares method[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33 (4): 149- 155, 前插19. | |
12 | 孟思雨, 肖先勇, 张逸, 等. 基于有效数据段选取的多谐波源责任划分方法[J]. 电网技术, 2017, 41 (6): 2006- 2011. |
MENG Siyu, XIAO Xianyong, ZHANG Yi, et al. A valid data selection method in estimating harmonic impact of individual loads[J]. Power System Technology, 2017, 41 (6): 2006- 2011. | |
13 |
贾秀芳, 张韶光, 华回春, 等. 部分线性核估计方法在谐波责任分摊问题中的应用[J]. 电力系统自动化, 2015, 39 (3): 63- 68.
DOI |
JIA Xiufang, ZHANG Shaoguang, HUA Huichun, et al. Application of kernel estimation with partial linear method for harmonic contributions determination[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39 (3): 63- 68.
DOI |
|
14 | 臧天磊. 动态条件下配电网多谐波源定位与贡献评估方法研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2017. |
15 | 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 电能质量监测设备通用要求: GB/T 19862—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017. |
General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. General requirements for monitoring equipment of power quality: GB/T 19862—2016[S]. Beijing: Standards Press of China, 2017. | |
16 | 国家能源局. 电能质量数据交换格式规范: DL/T 1608—2016[S]. 北京: 中国电力出版社, 2016. |
17 | 林潇, 邵振国, 陈飞雄, 等. 采用线性动态聚类的谐波责任区间估计[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43 (11): 4284- 4294. |
LIN Xiao, SHAO Zhenguo, CHEN Feixiong, et al. Harmonic responsibility interval estimation based on linear dynamic clustering[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43 (11): 4284- 4294. | |
18 | 雷达, 常潇, 刘子腾, 等. 基于DBSCAN聚类和数据筛选的系统谐波阻抗估算[J]. 电测与仪表, 2022, 59 (1): 93- 98. |
LEI Da, CHANG Xiao, LIU Ziteng, et al. Estimation of system harmonic impedance based on DBSCAN clustering and data filtering[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2022, 59 (1): 93- 98. | |
19 | 国家能源局. 电能质量监测系统技术规范: DL/T 1297—2013[S]. 北京: 中国电力出版社, 2014. |
20 |
杨挺, 李扬, 何周泽, 等. 基于矩阵填充的泛在电力物联网电能质量数据修复算法[J]. 电力系统自动化, 2020, 44 (2): 13- 21.
DOI |
YANG Ting, LI Yang, HE Zhouze, et al. Matrix completion theory based recovery algorithm for power quality data in ubiquitous power Internet of Things[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44 (2): 13- 21.
DOI |
|
21 | 刘慧自, 汪颖, 胡文曦, 等. 考虑信息动态表达的异常用电模式识别云边协同方法[J]. 电力自动化设备, 2022, 42 (7): 59- 67. |
LIU Huizi, WANG Ying, HU Wenxi, et al. Cloud-edge collaboration method for abnormal power consumption pattern recognition considering dynamic expression of information[J]. Electric Power Automation Equipment, 2022, 42 (7): 59- 67. | |
22 |
ZHANG Z, TAVENARD R, BAILLY A, et al. Dynamic Time Warping under limited warping path length[J]. Information Sciences, 2017, 393, 91- 107.
DOI |
23 |
顾伟, 邱海峰, 尹香, 等. 基于波形匹配的谐波责任划分方法[J]. 电力系统自动化, 2017, 41 (2): 129- 134.
DOI |
GU Wei, QIU Haifeng, YIN Xiang, et al. Waveform matching based method for harmonic contribution determination[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41 (2): 129- 134.
DOI |
|
24 |
ZHAO J P, ITTI L. shapeDTW: shape dynamic time warping[J]. Pattern Recognition, 2018, 74, 171- 184.
DOI |
25 |
TANG C H, WANG H, WANG Z W, et al. An improved OPTICS clustering algorithm for discovering clusters with uneven densities[J]. Intelligent Data Analysis, 2021, 25 (6): 1453- 1471.
DOI |
26 | 宋晓庆, 徐永海, 陶顺, 等. 考虑背景波动与量测数据相位缺失的系统侧谐波阻抗估计方法[J]. 电力自动化设备, 2023, 43 (6): 168- 174, 210. |
SONG Xiaoqing, XU Yonghai, TAO Shun, et al. System side harmonic impedance estimation method considering background fluctuation and phase angle missing of measurement data[J]. Electric Power Automation Equipment, 2023, 43 (6): 168- 174, 210. |
[1] | 孙庆超, 李嘉靓, 江万里, 王若愚, 李植鹏, 胡亚荣, 朱健斌. 基于数据驱动时空网络的城市中长期电力负荷预测[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 168-174. |
[2] | 刘抒睿, 李培强, 陈家煜, 郭雅诗. 基于VMD分解下的皮尔逊相关性分析及T-tFD的混合储能容量配置[J]. 中国电力, 2024, 57(7): 82-97. |
[3] | 吴军英, 路欣, 刘宏, 张彬, 柴守亮, 刘蕴春, 王佳楠. 基于Spearman-GCN-GRU模型的超短期多区域电力负荷预测[J]. 中国电力, 2024, 57(6): 131-140. |
[4] | 杨帆, 卫水平, 任意, 陈秭龙, 乐健. 变权-混合决策评估的复合功能并网逆变器多目标协同优化控制方法[J]. 中国电力, 2024, 57(3): 113-125. |
[5] | 张博智, 张茹, 焦东翔, 王龙宇, 周一凡, 周丽霞. 基于VMD-SAST的电能质量扰动分类识别方法[J]. 中国电力, 2024, 57(2): 34-40. |
[6] | 陈仕龙, 吴涛, 郭成, 张梓睿, 孙竟豪. 基于DBSCAN聚类和区间回归的多谐波责任划分[J]. 中国电力, 2024, 57(2): 138-148. |
[7] | 李天楚, 容斌, 伍智鹏, 黄珏, 黄开来, 杨刚, 易杨. 基于边缘计算的风电群非故意发射超高次谐波抑制策略[J]. 中国电力, 2023, 56(8): 200-206,215. |
[8] | 杨嘉伟, 易杨, 姜浩, 朱林, 姚志伟. 基于随机载波脉冲宽度调制的变换器群超高次谐波抑制机理[J]. 中国电力, 2023, 56(11): 160-167. |
[9] | 于永军, 许立国, 林子杰, 孙冰涵, 刘秋降, 吴振升, 任之杰. 基于级联H桥变流器的风电网宽频带谐波阻抗测量装置[J]. 中国电力, 2022, 55(11): 73-83. |
[10] | 张健, 于浩, 梁建权, 王悦, 刘贺千. 基于数据驱动的多污染模式电能质量耦合性评估[J]. 中国电力, 2022, 55(11): 84-90. |
[11] | 温才权, 全杰雄, 周凯, 潘龙斌, 李成. 大容量SVC相控电抗器对站用低压直流电源的影响分析及防范措施[J]. 中国电力, 2021, 54(12): 45-53. |
[12] | 钟庆, 姚蔚琳, 许中, 周凯, 王钢. 基于平均点线距的电压暂降系统级评估方法[J]. 中国电力, 2020, 53(11): 9-14. |
[13] | 卓放, 杨泽斌, 易皓, 杨光宇, 王蒙, 阴晓晴, 朱承治. 综合配网谐波及三相不平衡评价指标的治理设备优化配置策略[J]. 中国电力, 2020, 53(11): 40-49. |
[14] | 赵健, 王奕凡, 谢桦, 周宁, 孙芊. 高渗透率可再生能源接入系统中储能应用综述[J]. 中国电力, 2019, 52(4): 167-177. |
[15] | 闫卫国, 王高猛, 林济铿, 郭凌旭, 蒋菱, 陈建. 基于AMI量测信息的低压配电网拓扑校验方法[J]. 中国电力, 2019, 52(2): 125-133. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||