本發(fā)明涉及軌道交通負荷諧波電流迭加技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種城市軌道交通負荷諧波電流迭加系數(shù)確定方法。

背景技術(shù)：

隨著配電網(wǎng)和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)中基于電力電子器件的非線性負荷比重逐漸增大，在對配電網(wǎng)造成諧波污染的同時，對配電網(wǎng)中的諧波含量愈加敏感。諧波不僅會造成額外的功率損耗，還會降低設備的使用壽命，甚至造成電力電子變流裝置的控制紊亂，對配電網(wǎng)及電力設備運行的安全性和經(jīng)濟性造成嚴重的影響。因此，在電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域，諧波問題引起了電力公司、電力用戶以及科研機構(gòu)等的廣泛關(guān)注。城市軌道交通負荷的牽引變流器以及降壓站的照明、電梯、空調(diào)等設備均是典型的諧波污染源，隨著城市軌道交通運營里程的快速增加，其給人們出行帶來便捷的同時，也對城市電網(wǎng)造成了諧波污染。

不同諧波源的諧波電流迭加是配電網(wǎng)諧波預評估和諧波治理中常見的計算，迭加的準確性直接影響到諧波預評估或濾波器容量選擇的結(jié)果。目前，諧波迭加方法，主要采用gb/t14549-93提供的諧波源相位角不確定時的諧波電流迭加方法，該方法采用確定的迭加系數(shù)kh對不同類型的諧波源進行迭加。但由于不同類型諧波源的拓撲結(jié)構(gòu)、負荷參數(shù)以及運行工況等不盡相同，其諧波電流發(fā)射特性也有所區(qū)別。因此，需要提出一種諧波電流迭加系數(shù)確定方法，確定適用于城市軌道交通負荷的諧波電流迭加系數(shù)kh。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種城市軌道交通負荷諧波電流迭加系數(shù)確定方法，用以解決gb/t14549-93標準中給定的諧波電流迭加系數(shù)kh不能完全反映城市軌道交通負荷諧波電流發(fā)射特性的技術(shù)問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種城市軌道交通負荷諧波電流迭加系數(shù)確定方法，包括以下步驟：

s1、選擇具有多通道同步測試和波形錄波功能的諧波測試儀器對需要進行諧波迭加的諧波源負荷配電線路進行波形記錄；

所述波形記錄包括：通過電流互感器將a路和b路所述諧波源負荷配電線路的電流信號接入所述諧波測試儀器，然后進行所述電流信號波形記錄，波形記錄時間不少于1h；

s2、根據(jù)步驟s1同步測量的a路和b路諧波源負荷配電線路的電流波形數(shù)據(jù)，通過時域或頻域合成方法，得到a路和b路諧波源負荷電流迭加后不同時刻對應的h次總諧波電流有效值數(shù)組ih[n]，同時，計算a路和b路諧波源負荷配電線路對應時刻的h次諧波電流有效值數(shù)組iha[n]、ihb[n]；

s3、根據(jù)步驟s2計算的a路和b路諧波源負荷配電線路h次諧波電流有效值數(shù)組iha[n]和ihb[n]，以及迭加后的h次總諧波電流有效值數(shù)據(jù)ih[n]，計算不同時刻對應的諧波電流迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]；

s4、對步驟s3計算的諧波迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到諧波電流迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]的正態(tài)分布特征參數(shù)，確定諧波電流的迭加系數(shù)kh的取值。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟s4中諧波迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]的正態(tài)分布特征參數(shù)計算如下：

總體均數(shù)(期望)：其中μkh是數(shù)組kh[n]的總體期望，是數(shù)組kh[n]的總體均數(shù)，pn是數(shù)組kh[n]每個取值出現(xiàn)的概率，n是數(shù)組kh[n]中數(shù)據(jù)長度；

總體方差：其中是數(shù)組kh[n]的總體方差；

標準差：其中σkh是數(shù)組kh[n]的標準差；

根據(jù)總體均數(shù)(期望)和總體方差，確定kh[n]正態(tài)分布的概率密度函數(shù)，如下：

其中f(kh[n])是數(shù)組kh[n]的概率密度函數(shù)，kh[n]取值范圍為-2≤kh[n]≤2；

將諧波電流迭加系數(shù)正態(tài)變量(其中表示數(shù)組kh[n]服從期望為μkh、總體方差為的正態(tài)分布)經(jīng)過標準化變換，得到標準正態(tài)分布u～n(0,1)，其中：

通過查找標準正態(tài)分布表，得到標準正態(tài)分布的雙側(cè)95％置信區(qū)間為[-1.961.96]，即能推算出諧波電流迭加系數(shù)的95％置信區(qū)間為μkh-1.96σkh≤kh[n]≤μkh+1.96σkh。

3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述諧波電流迭加系數(shù)kh[n]取值范圍在95％置信區(qū)間內(nèi)，但考慮到一般性，建議諧波電流迭加系數(shù)取總體均值，即kh＝μkh。

本發(fā)明是是針對gb/t14549-93標準中給定的諧波電流迭加系數(shù)kh不能完全反映城市軌道交通負荷諧波電流發(fā)射特性的問題，提出的一種針對城市軌道交通負荷諧波電流迭加系數(shù)確定方法，能夠有效提升城市軌道交通負荷不同饋線之間的同次諧波電流迭加的精度，從而提升城市軌道交通負荷諧波電流發(fā)生量估算的準確度，為城市軌道交通負荷接入電網(wǎng)以及諧波治理提供準確的基礎數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施流程圖；

圖2為110kvi段、110kvii段以及合成后的110kvi段+110kvii段負荷電流a相5次諧波電流有效值變化趨勢圖；

圖3110kvi段和110kvii段負荷諧波電流迭加系數(shù)變化趨勢圖；

圖4110kvi段和110kvii段負荷諧波電流迭加系數(shù)頻數(shù)直方圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明基于不同諧波源的同步測試數(shù)據(jù)確定城市軌道交通負荷諧波電流迭加系數(shù)的方法，其較佳的具體實施方式包括步驟：

(1)諧波測試儀器應具備多通道同步測試和波形錄波的功能。

為了實現(xiàn)不同諧波源負荷同步測試的需求，諧波測試儀應具有多通道同步測試的功能，采用同步采集卡實現(xiàn)各輸入通道單獨采樣，采樣頻率應滿足最高次諧波測量的需求(即滿足采樣定理)；

為了實現(xiàn)不同諧波源之間的相量迭加(頻域)或波形迭加(時域)，諧波測試儀器應具有波形錄波的功能。

(2)根據(jù)諧波源迭加需求設置諧波測試點，并確保測試時間滿足計算需求。選擇需要進行諧波迭加的a和b諧波源負荷配電線路，通過電流互感器將待測線路的電流信號接入多通道同步諧波測試儀，進行電流波形記錄，波形記錄時間不少于1小時。

對于中高壓系統(tǒng)，考慮到測試的安全性，可通過鉗式電流互感器取待測線路的計量或測量ct二次系統(tǒng)的電流信號；

對于低壓系統(tǒng)，可通過柔性電流互感器直接取待測線路中一次系統(tǒng)的電流信號，以減少一次系統(tǒng)計量或測量ct的測量誤差。

(3)根據(jù)同步測量的a和b諧波源負荷配電線路的電流波形數(shù)據(jù)，合成得到a和b諧波源負荷電流迭加后不同時刻對應的h次總諧波電流有效值數(shù)組ih[n]。同時，計算a和b諧波源負荷配電線路對應時刻的h次諧波電流有效值數(shù)組iha[n]、ihb[n]。為了保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性，數(shù)組長度應不小于1000個數(shù)據(jù)。

對于多通道同步諧波測試儀同步測試的a和b諧波源負荷的諧波電流，可采用時域和頻率兩種方式計算諧波電流的合成值。

對于時域計算方法，將a和b諧波源負荷的電流波形直接在時域進行相加，得到合成后的總電流波形，對總電流波形進行fft分析，直接得到合成后的h次總諧波電流有效值；

對于頻域計算方法，將a和b諧波源負荷的電流波形進行fft分析，分別得到a和b諧波源負荷h次諧波電流的幅值和相位，通過相量迭加得到合成后的h次總諧波電流有效值。

(4)根據(jù)計算的a和b諧波源負荷配電線路h次諧波電流有效值數(shù)組iha[n]和ihb[n]，以及迭加后的h次總諧波電流有效值數(shù)組ih[n]，計算不同時刻對應的諧波電流迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]，計算公式如下：

(5)對計算的諧波迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]進行數(shù)理統(tǒng)計，得到諧波電流迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]的總體均值、方差和95％置信區(qū)間，確定諧波電流迭加系數(shù)的取值。計算如下：

總體均數(shù)：

總體方差：

標準差：

根據(jù)總體均數(shù)和總體方差，確定kh[n]數(shù)組正態(tài)分布概率密度函數(shù)：

其中：kh[n]取值范圍為-2≤kh[n]≤2。

將諧波電流迭加系數(shù)正態(tài)變量經(jīng)過標準化變換，得到標準正態(tài)分布u～n(0,1)，其中：

通過查找標準正態(tài)分布表，得到標準正態(tài)分布的雙側(cè)95％置信區(qū)間為[-1.961.96]，即則可推算出諧波電流迭加系數(shù)的95％置信區(qū)間為μkh-1.96σkh≤kh[n]≤μkh+1.96σkh。

在實際應用過程中，諧波電流迭加系數(shù)取值范圍在95％置信區(qū)間內(nèi)，但考慮到一般性，建議諧波電流迭加系數(shù)取總體均值，即kh＝μkh。

為了更好的介紹本發(fā)明，以下通過一具體的實例進行詳細說明：

某城市軌道交通負荷110kv變電站有兩路110kv進線，為了確定兩條110kv總進線的諧波電流迭加系數(shù)，具體實施步驟如下：

(1)由于需要進行諧波迭加的線路只有兩路(每路有abc三相電流)，同時為了通過電壓信息進行頻率跟蹤，因此諧波測試儀器應至少具有12個同步采樣通道(其中包括6個電壓通道和6個電流通道)，并具有電流波形錄波功能。實際測試選用具有6個電壓通道和6個電流通道、單通道采樣頻率為12.8khz的諧波測試儀器，最高可分析出128次諧波電流。為了保證波形數(shù)據(jù)記錄的時間不少于1個小時(3600秒)，測試儀器的存儲空間不少于1055mb(每個數(shù)據(jù)占2個字節(jié))。如果測試時間增加，相應的存儲容量也要增加。存儲容量的計算過程如下：

(2)由于兩條110kv進線，均安裝有計量電表，可通過鉗式電流互感器取兩條110kv線路計量電表上的二次電壓和電流信號，設置好電壓和電流的變比，進行波形記錄，本例中測試時間為2小時。

(3)根據(jù)同步測量的110kvi段和110kvii段諧波源負荷線路的電流波形數(shù)據(jù)，通過時域相加的方法合成得到110kvi段+110kvii段總負荷的電流波形，對2小時的電流波形(110kvi段進線、110kvii段進線、合成的110kvi段+110kvii段進線)進行fft計算，fft窗口長度選10周波，分析間隔取1秒，則計算出的每條線路h次諧波電流有效值數(shù)組長度可達7200個，分別記為iha[n]、ihb[n]和ih[n]。110kvi段進線、110kvii段進線以及合成的110kvi段+110kvii段進線5次諧波電流變化趨勢如圖2所示。

(4)根據(jù)計算的110kvi段和110kvii段諧波源負荷線路h次諧波電流有效值數(shù)組iha[n]和ihb[n]，以及迭加后的h次總諧波電流有效值數(shù)據(jù)ih[n]，計算不同時刻對應的諧波電流迭加系數(shù)數(shù)組kh[n]，計算公式如下：

計算得到的各諧波電流迭加系數(shù)的趨勢如圖3所示。

(5)對計算的諧波迭加系數(shù)kh[n]數(shù)組進行數(shù)理統(tǒng)計(見圖4)，得到kh[n]數(shù)據(jù)的總體均數(shù)和方差，確定kh[n]正態(tài)分布的概率密度函數(shù)，計算其95％置信區(qū)間。

總體均值和方差計算方法如下：

總體均數(shù)：

總體方差：

標準差：

根據(jù)總體均數(shù)和總體方差，確定kh[n]正態(tài)分布的概率密度函數(shù)，如下：

其中：取值范圍為-2≤kh[n]≤2。

將諧波電流迭加系數(shù)正態(tài)變量經(jīng)過標準化變換，得到標準正態(tài)分布u～n(0,1)，其中：

通過查找標準正態(tài)分布表，得到標準正態(tài)分布的雙側(cè)95％置信區(qū)間為[-1.961.96]，即則可推算出諧波電流迭加系數(shù)的95％置信區(qū)間為μkh-1.96σkh≤kh[n]≤μkh+1.96σkh，即kh[n]的95％置信區(qū)間為[1.87741.9872]。

可見，對于城市軌道交通負荷，其110kv5次諧波電流迭加系數(shù)的95％置信區(qū)間在[1.87741.9872]范圍內(nèi)，總體均值為1.9323。由于5次諧波電流迭加系數(shù)的95％置信區(qū)間范圍較小，在實際應用過程中，諧波電流迭加系數(shù)可取95％置信區(qū)間中的任何一個值，但考慮到一般性，建議諧波電流迭加系數(shù)取均值，即kh＝1.9323。

以上僅就本發(fā)明較佳的實施例作了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制。本發(fā)明不僅局限于以上實施例，其具體結(jié)構(gòu)允許有變化?？傊?，凡在本發(fā)明獨立權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。