一種評估電鐵對電網影響的方法及裝置與流程
2023-09-19 16:01:00
本發明涉及電網
技術領域：
，特別涉及一種評估電鐵對電網影響的方法及裝置。
背景技術：
：電氣化鐵路是一種現代化的鐵路運輸工具，對國民經濟發展和社會進步具有重要意義。高速鐵路具有電鐵負載大、可靠性要求高、負荷波動頻繁、列車負載率高、受電時間長等特點，由於高速鐵路牽引供電負荷牽引功率大幅提高，且負荷單相供電，將產生大量的負序電流，且波動性和隨機性大，導致公共電網的三相不平衡。電鐵產生的負序電流注入周邊電網，使發電機負荷產生轉子附加損耗與發熱和附加振動，使感應電動機負荷機端電壓不對稱，造成各相出力不均並使出力下降，增大了變壓器的損耗和發熱，降低了變壓器的利用效率，使輸電線路的輸送能力下降。另外，負序分量的注入容易使電力系統中以負序分量啟動的繼電保護裝置誤動作，嚴重影響電力系統的安全穩定運行。電能質量定責以及評估和治理等問題越來越受到重視並成為近年來電能質量研究領域的重點和熱點，進行電鐵對周邊電網電能質量影響的綜合評價是區分鐵路對周邊電網電能質量責任分攤的重要依據，也是用戶側根據影響程度確定治理措施的重要依據。目前國內對電能質量綜合評價的研究是對其綜合質量等級評定，即定性評價，同時大多是在監測裝置採集實測數據的基礎上進行分析評估，數據的選擇和甄選對評價結果有較為重要的影響，另外，目前形成的多種電能質量綜合評價方法，各種算法側重點不一樣，其評價結果也不能達到一致。技術實現要素：本發明實施例的主要目的在於研究負序經過輸電線路及變壓器時的傳播規律，計算傳播係數，以定量計算值代替實際監測值作為在電能質量綜合評價中的指標數據。並且，設計多層次可拓電能質量綜合評價模型，採用結合變異係數法和GI法的組合賦權方法，從而構建一種評估電鐵對電網影響的方法及裝置。為實現上述目的，本發明提供了一種評估電鐵對電網影響的方法，包括：利用元件負序等值模型、負序電流源等值模型及區域電網結構參數，建立區域電網仿真模型；利用所述仿真模型建立負序電壓、電流分量經過輸電線路、變壓器以及線路有分支時傳播的數學等值電路，並根據所述數學等值電路獲得傳播係數；其中，所述傳播係數為實際電網各級的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數；利用實際電網的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數以及已知電鐵注入公共連接點的負序電壓、電流獲得相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流；以與牽引站相鄰單一變電站的不同母線供電區域的負序電壓、電流為評價對象，建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型；利用電能質量綜合評價模型的評估電鐵對電網的影響。可選的，在本發明一實施例中，所述建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型的步驟包括：對相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流進行預處理，獲得無量綱化數據；採用變異係數法獲得各個負荷節點對應的指標權重；利用所述無量綱化數據和所述指標權重建立各單一負荷的電能質量綜合評價模型；利用所述各單一負荷的電能質量綜合評價模型建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型。可選的，在本發明一實施例中，所述建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型的步驟包括：利用所述各單一負荷的電能質量綜合評價模型獲得各單一負荷的負荷電能質量評價結果；採用序關係分析法得到各單一負荷的負荷電能質量評價結果對應的指標內涵性權重；利用各單一負荷的負荷電能質量評價結果以及對應的指標內涵性權重建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型。為實現上述目的，本發明還提供了一種評估電鐵對電網影響的裝置，包括：仿真模型建立單元，用於利用元件負序等值模型、負序電流源等值模型及區域電網結構參數，建立區域電網仿真模型；傳播係數確定單元，用於利用所述仿真模型建立負序電壓、電流分量經過輸電線路、變壓器以及線路有分支時傳播的數學等值電路，並根據所述數學等值電路獲得傳播係數；其中，所述傳播係數為實際電網各級的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數；評價指標確定單元，用於利用實際電網的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數以及已知電鐵注入公共連接點的負序電壓、電流獲得相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流；電能質量綜合評價模型建立單元，用於以與牽引站相鄰單一變電站的不同母線供電區域的負序電壓、電流為評價對象，建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型；評估單元，用於利用電能質量綜合評價模型的評估電鐵對電網的影響。可選的，在本發明一實施例中，所述電能質量綜合評價模型建立單元包括：預處理模塊，用於對相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流進行預處理，獲得無量綱化數據；指標權重獲取模塊，用於採用變異係數法獲得各個負荷節點對應的指標權重；第一評價模型建立模塊，用於利用所述無量綱化數據和所述指標權重建立各單一負荷的電能質量綜合評價模型；第二評價模型建立模塊，用於利用所述各單一負荷的電能質量綜合評價模型建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型。可選的，在本發明一實施例中，所述第二評價建立模塊包括：負荷電能質量評價結果獲取模塊，用於利用所述各單一負荷的電能質量綜合評價模型獲得各單一負荷的電能質量評價結果；指標內涵性權重獲取模塊，用於採用序關係分析法得到各單一負荷的負荷電能質量評價結果對應的指標內涵性權重；母線供電區域的電能質量綜合評價模型建立模塊，用於利用各單一負荷的負荷電能質量評價結果以及對應的指標內涵性權重建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型。上述技術方案具有如下有益效果：在研究負序傳播規律的基礎上，定量計算電鐵負序源傳播至被評價對象處的負序分量，利用理論計算的數據代替實際測量值作為指標數據，優化設計一種新的合理的多層綜合評價體系對電鐵周邊電網的電能質量進行綜合評價，以確定電鐵負序對周邊電網的影響程度，同時也為電能質量治理提供依據。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實施例提出一種評估電鐵對電網影響的方法流程圖；圖2為本實施例中負序經過輸電線路的數學等值電路圖；圖3為本實施例中負序經過分支電路的數學等值電路圖；圖4為本實施例中負序經過變壓器的數學等值電路圖；圖5為本實施例的電鐵及周邊電網典型結構示意圖；圖6為本實施例建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型時各級的電能質量綜合評價流程圖；圖7為本實施例提出一種評估電鐵對電網影響的裝置框圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本領域技術技術人員知道，本發明的實施方式可以實現為一種系統、裝置、設備、方法或電腦程式產品。因此，本公開可以具體實現為以下形式，即：完全的硬體、完全的軟體(包括固件、駐留軟體、微代碼等)，或者硬體和軟體結合的形式。根據本發明的實施方式，提出了一種評估電鐵對電網影響的方法及裝置。此外，附圖中的任何元素數量均用於示例而非限制，以及任何命名都僅用於區分，而不具有任何限制含義。下面參考本發明的若干代表性實施方式，詳細闡釋本發明的原理和精神。對於電能質量綜合評價的算法有很多，近年來有大量的文獻中使用了組合賦權法，例如：AHP主觀權重與結構性權重構成的可變綜合權重，熵權法和AHP法相結合的綜合權重，GI法和序列綜合法相結合的綜合權重，GI法和熵權法相結合的綜合權重等等。目前國內對電能質量綜合評價的研究是對其綜合質量等級評定，即定性評價，同時大多是在監測裝置採集實測數據的基礎上進行分析評估，數據的選擇和甄選對評價結果有較為重要的影響，另外，目前形成的多種電能質量綜合評價方法，各種算法側重點不一樣，其評價結果也不能達到一致。基於此，本技術方案以定量計算結果代替實測數據避免了數據甄選帶來的影響，並設計了基於變異係數法和GI法結合的多層次可拓綜合評價體系，能夠兼顧主客觀因素。根據上述分析，本實施例提出的一種評估電鐵對電網影響的方法，如圖1所示。包括：步驟101)：利用元件負序等值模型、負序電流源等值模型及區域電網結構參數，建立區域電網仿真模型；步驟102)：利用所述仿真模型建立負序電壓、電流分量經過輸電線路、變壓器以及線路有分支時傳播的數學等值電路，並根據所述數學等值電路求取傳播係數；其中，所述傳播係數為實際電網各級的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數；如圖2所示，為本實施例中負序經過輸電線路的數學等值電路圖。如圖3所示，為本實施例中負序經過分支電路的數學等值電路圖。如圖4所示，為本實施例中負序經過變壓器的數學等值電路圖。輸電線路的傳播係數為：分支電路的傳播係數為：變壓器的傳播係數為：其中，表示元件首端負序電壓，表示元件末端負序電壓、表示元件首端負序電流、表示元件末端負序電流、ZL表示負載等值阻抗、ZT表示變壓器等值阻抗、Z表示傳輸線路等值阻抗。k為變壓器變比。步驟103)：利用實際電網的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數以及已知電鐵注入公共連接點的負序電壓、電流獲得相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流；在本實施例中，電鐵注入公共連接點的負序電壓、電流是已知的，可以通過經驗值獲得，或者通過已知的測量技術獲得。如圖5所示，為本實施例的電鐵及周邊電網典型結構示意圖。在實際中，根據電網結構分級原理對實際電網進行分級，各節點對應各自的輸電線路、分支電路、變壓器，那麼各節點對應各自的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數：節點0：公共連接點，根據實際經驗給定該節點負序電流I0、負序電壓U0的範圍；節點1：變壓器一次側，由節點0至節點1的傳播係數為Ci1、Cu1；節點2：變壓器二次側，由節點1至節點2的傳播係數為Ci2、Cu2；節點3：變壓器二次側所帶m段母線，分別為節點n3-1、n3-2、...、n3-m，由節點2至節點3的傳播係數為Ci3-1、Ci3-2、...、Ci3-m，Cu3-1、Cu3-1、...、Cu3-m；節點4：母線m下v個負荷節點，分別為節點n4-m1、n4-m2、...、n4-mv，由對應節點3至節點4的傳播係數為Ci4-m1、Ci4-m2、...、Ci4-mv，Cu4-m1、Cu4-m2、…、Cu4-mv；由上述定義，若要計算變電站母線m所帶節點編號為2的負序電壓、電流，計算公式為:I4-m1＝I0×Ci1·Ci2·Ci3-m·Ci4-m2U4-m1＝U0×Cu1·Cu2·Cu3-m·Cu4-m2步驟104)：以與牽引站相鄰單一變電站的不同母線供電區域的負序電壓、電流為評價對象，建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型；在本實施例中，建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型分為兩級，第一級為針對各單一負荷的負序電能質量評價，第二級為針對各單一母線供電區域的負序電能質量評價，第一級評價為第二級評價的基礎。如圖6所示，為本實施例建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型時各級的電能質量綜合評價流程圖。各級的綜合評價流程均相似，現分級詳細介紹：第一級綜合評價包含以下步驟：第一步：確定電能質量評價指標體系，此處採用步驟103獲得的各個負荷節點的負序電壓、電流兩項指標。第二步：對各個負荷節點的負序電壓、電流的預處理，此處採用標準化方法實現指標數據無量綱化處理：式中，xij中j取值1或2。j＝1時，xij表示各負荷節點的負序電壓值，j＝2時，xij表示各負荷節點的負序電流值。為所有負荷節點中負序電壓或負序電流的平均值，I表示負荷節點的總數目。為負序電壓或負序電流的均方差。由構成去量綱化處理後的指標矩陣。第三步：確定指標權重係數，此處採用變異係數法，求取各指標權重的過程可分為三個步驟：①對去量綱化處理後的指標矩陣進行計算，獲得第j項指標的平均值：②計算第j項指標的標準差：③計算第j項指標的變異係數：④歸一化處理得第j項指標的權重：第四步：確定第一級的電能質量綜合評價模型yi＝f(ω,xij)，此處採用線性加權綜合法來進行綜合評價。式中，yi為節點i的綜合評價值，ωj是與評價指標xij相應的權重係數，此處J＝2。第二級綜合評價包含以下步驟：第一步：確定電能質量評價指標體系，在本實施例中，以第一級綜合評價中得到的變電站某條母線下v個負荷電能質量評價結果為第二級綜合評價指標；第二步：指標測量數據的預處理，因為第一級綜合評價中得到的單個負荷電能質量評價結果已經是歸一化的結果，故此步驟可省略；第三步：確定指標權重系統，此處採用序關係分析法(GI法)，得到指標內涵性權重的過程可分為三個步驟：①確定序關係：相對於某條母線下v個負荷節點的電能質量評價指標利用第一級綜合評價模型獲得，獲得v個綜合評價值，分別為y1,y2,...,yk-1,yk,...,yv。比較綜合評價值之間的大小。為了方便後續描述，本實施例的序關係假定為：y1＞y2＞...＞yk-1＞yk＞...＞yv。②對相鄰綜合評價值之間相對重要性進行比較判斷，即按照專家給出的重要性程度的理性判斷，將相鄰綜合評價值對應的權重係數之比賦值為γk，即：其中，ω′k-1為yk-1的權重係數，ωk′為yk的權重係數，下表1為γk賦值參考表。表1γk說明1.0指標yk-1與指標yk具有同樣重要性1.2指標yk-1比指標yk稍微重要1.4指標yk-1比指標yk明顯重要1.6指標yk-1比指標yk強烈重要1.8指標yk-1比指標yk極端重要③則ωk′可由下式計算：上式中，γi根據專家的理性判斷獲得。第四步：確定電能質量綜合評價模型Yv＝f(ω′,yi)，此處採用線性加權綜合法來進行綜合評價。式中，Y為被評價對象的綜合評價值，ωi′是與評價指標yi相應的權重係數。步驟105)：利用電能質量綜合評價模型的評估電鐵對電網的影響。本發明實施例還提供一種計算機可讀程序，其中當在電子設備中執行所述程序時，所述程序使得計算機在所述電子設備中執行如圖1所述的方法。本發明實施例還提供一種存儲有計算機可讀程序的存儲介質，其中所述計算機可讀程序使得計算機在電子設備中執行如圖1所述的方法。應當注意，儘管在附圖中以特定順序描述了本發明方法的操作，但是，這並非要求或者暗示必須按照該特定順序來執行這些操作，或是必須執行全部所示的操作才能實現期望的結果。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個步驟合併為一個步驟執行，和/或將一個步驟分解為多個步驟執行。如圖7所示，為本實施例提出一種評估電鐵對電網影響的裝置框圖。包括：仿真模型建立單元701，用於利用元件負序等值模型、負序電流源等值模型及區域電網結構參數，建立區域電網仿真模型；傳播係數確定單元702，用於利用所述仿真模型建立負序電壓、電流分量經過輸電線路、變壓器以及線路有分支時傳播的數學等值電路，並根據所述數學等值電路求取傳播係數；其中，所述傳播係數為實際電網各級的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數評價指標確定單元703，用於利用實際電網的輸電線路、分支電路、變壓器的傳播係數以及已知電鐵注入公共連接點的負序電壓、電流獲得相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流；電能質量綜合評價模型建立單元704，用於以與牽引站相鄰單一變電站的不同母線供電區域的負序電壓、電流為評價對象，建立評價區域電網負序影響的電能質量綜合評價模型；評估單元705，用於利用電能質量綜合評價模型的評估電鐵對電網的影響。在本發明一實施例中，所述電能質量綜合評價模型建立單元704包括：預處理模塊，用於對相鄰電網中各個負荷節點的負序電壓、電流進行預處理，獲得無量綱化數據；指標權重獲取模塊，用於採用變異係數法獲得各個負荷節點對應的指標權重；第一評價模型建立模塊，用於利用所述無量綱化數據和所述指標權重建立各單一負荷的電能質量綜合評價模型；第二評價模型建立模塊，用於利用所述各單一負荷的電能質量綜合評價模型建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型。進一步地，在本發明一實施例中，所述第二評價模型建立模塊包括：負荷電能質量評價結果獲取子模塊，用於利用所述各單一負荷的電能質量綜合評價模型獲得各單一負荷的電能質量評價結果；指標內涵性權重獲取子模塊，用於採用序關係分析法得到各單一負荷的負荷電能質量評價結果對應的指標內涵性權重；母線供電區域的電能質量綜合評價模型建立子模塊，用於利用各單一負荷的負荷電能質量評價結果以及對應的指標內涵性權重建立各單一母線供電區域的電能質量綜合評價模型。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一般計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體(Read-OnlyMemory，ROM)或隨機存儲記憶體(RandomAccessMemory，RAM)等。本領域技術人員還可以了解到本發明實施例列出的各種功能是通過硬體還是軟體來實現取決於特定的應用和整個系統的設計要求。本領域技術人員可以對於每種特定的應用，可以使用各種方法實現所述的功能，但這種實現不應被理解為超出本發明實施例保護的範圍。此外，儘管在上文詳細描述中提及了裝置的若干單元，但是這種劃分僅僅並非強制性的。實際上，根據本發明的實施方式，上文描述的兩個或更多單元的特徵和功能可以在一個單元中具體化。同樣，上文描述的一個單元的特徵和功能也可以進一步劃分為由多個單元來具體化。以上具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3