电能质量兼容水平综合评估与数据驱动分区治理研究

发布时间：2020-08-13 17:15

【摘要】：当前电网环境下,分布式发电(Distribution Genneration,DG)和电力电子化负荷呈现高渗透、多样化、分散化特点,使配电网的电能质量问题异常严峻,给发电和用电设备的安全经济运行带来严重威胁。同时,一些精密数字化的DG和负荷设备对电能质量污染更加敏感、要求更高,使电能质量与设备的矛盾更为突出。现有电能质量综合评估方法没有从本质和需求的角度找到评判质量好坏的主体,这个评判主体应该是接入电力系统的设备。此外,高渗透、多样化、分散化的DG和负荷设备造成复杂的污染分布,DG输出功率的随机性及负荷设备运行方式的多变性导致动态的污染场景,加之网络结构的不断变更和调整,致使准确的污染模型和结构参数模型难以建立。目前基于机理建模的谐波和电压治理策略无法完善地解决此问题。因此,本文针对以往电能质量综合评估的主观性问题与采用机理建模进行谐波和电压治理的局限性开展研究,具体内容如下:首先,针对电能质量综合评估的主观性问题,考虑电能质量的本质和需求,提出电能质量状态空间表示及兼容水平综合评估方法。分析电能质量与设备之间的兼容性。构建电能质量状态空间表示模型,描述不同污染场景下电能质量污染水平。建立容许边界面,表示设备对电能质量污染的耐受能力。定义电能质量的兼容/不兼容度、影响度、性能指标,分别反映设备受电能质量影响的严重程度,不兼容状态下设备受电能质量影响的大小和范围、电能质量之于设备的优劣。利用以上指标对各母线实施兼容水平综合评估,采用综合考虑质量水平和设备容量的组合赋权模型分配母线评估结果权重,获得整体区域的评估结果。通过算例分析,说明所定义指标的合理性和有效性。其次,在电能质量状态空间表示及兼容水平综合评估方法的基础上,考虑设备耐受能力的实际情况,提出计及不确定性的电能质量兼容水平综合评估方法。利用云发生器和云融合模型设计容许边界云,表示设备对污染耐受能力的不确定性。细化电能质量兼容和不兼容状态,利用模糊隶属函数表示设备故障状态的不确定性。定义电能质量的绝对兼容/不兼容度、模糊兼容/不兼容度、模糊影响度和模糊性能指标,更切合实际、更全面地实施各母线和整体区域的电能质量兼容水平综合评估。通过算例分析,对比是否计及不确定性的兼容水平综合评估结果,验证所定义指标的合理性和准确性。再次,利用计及不确定性的兼容水平综合评估方法提供的单项污染治理依据,针对机理建模治理策略的局限性,采用数据驱动建模思想,提出一种基于一元时间序列模式匹配的单项污染分区治理策略。通过考虑关键趋势转折点的分段线性近似(Piecewise Linear Approximation,PLA)提取电压总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion of Voltage,THD_V)和供电电压偏差(Deviation of Supply Voltage,DSV)一元时间序列的主要局部趋势及其时间特征,构建模式特征矩阵。提出一种二维特征距离(Two Dimensional Feature Distance,2DFD)方法对各指标序列实施模式匹配,测量母线间THD_V或DSV的耦合度。在绝对电能质量兼容状态下重置治理目标,定义耦合度分区判则,划分治理区域,确定主导治理母线和治理装置补偿率。通过算例仿真分析,说明所提治理策略的可行性和有效性,通过与其它一元时间序列模式匹配方法的对比,验证2DFD方法的准确性和适用性。最后,利用计及不确定性的兼容水平综合评估方法提供的复合污染治理依据和主动型治理装置的多功能,采用数据驱动建模思想,提出一种基于多元时间序列模式匹配的谐波和电压综合分区治理策略。通过考虑关键趋势转折点的多维分段线性近似(Multidimensional Piecewise Linear Approximation,MPLA)提取THD_V和DSV多元时间序列的主要局部趋势特征、时间特征和污染严重性特征,构建模式特征矩阵。提出一种三维特征距离(Three Dimensional Feature Distance,3DFD)方法对各指标序列实施模式匹配,测量母线间THD_V和DSV的整体耦合度。在绝对电能质量兼容状态下重置综合治理目标,根据耦合度分区判则划分综合治理区域,确定主导治理母线和治理装置补偿率。通过算例仿真分析,说明所提治理策略的可行性和有效性,通过与其它多元时间序列模式匹配方法的对比,验证3DFD方法的准确性和适用性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM711
【图文】：

电能质量,状态变量

图 2-1 电能质量状态变量Fig. 2-1 State variables of power quality能质量状态变量代表一种类型的污染现象，这些状态变量反。因此，以六条相互正交的坐标轴构建一个多维电能质量状示一个状态变量的大小。除了电压偏差状态变量可能为负值非负性，所以多维电能质量状态空间处于1s ~6s 均为非负的象、4s 、5s 、6s 为非负的象限。当电网中只存在一种电能质量状态对应于所属坐标轴的一个点，点的坐标向量大小即为该在多种电能质量污染时，此时电能质量状态对应于所属象限量大小即为复合污染的综合水平。以状态变量、2s 、3s 为状态空间，单项和复合污染状态点如图 2-2 所示。

示意图,电能质量,状态空间,示意图

图 2-1 电能质量状态变量Fig. 2-1 State variables of power quality态变量代表一种类型的污染现象，这些以六条相互正交的坐标轴构建一个多维态变量的大小。除了电压偏差状态变量以多维电能质量状态空间处于1s ~6s 均、6s 为非负的象限。当电网中只存在一种于所属坐标轴的一个点，点的坐标向量大能质量污染时，此时电能质量状态对应为复合污染的综合水平。以状态变量，单项和复合污染状态点如图 2-2 所示。

示意图,电能质量,边界面,状态空间

2-3 电能质量标幺值状态空间和容许边界面示意of power quality per unit value state space and toler容水平综合评估体系容/不兼容度评估值状态空间中，可以直观呈现电能质量污和不兼容状态下污染水平与兼容能力的差度指标，评估电能质量与设备的兼容/不兼程度。于边界面内时，该状态点到容许边界面的能力的裕度，距离越大，电能质量与设备严重程度越低，距离越小，电能质量与设

【参考文献】