[发明专利]多谐波源相互影响及其谐波互信息特征提取

说明书

技术领域

本发明研究智能电网中多谐波源的谐波互信息特征提取，有利于电网电能质量的分析与控制方法的发展，为智能电网技术的研究提供新的思路和基础理论；研究成果可应用在智能电网、分布式发电系统、直流输电系统、电气化铁路牵引供电系统、大型冶金企业等电能质量控制领域。

背景技术

智能电网中许多类型电源（风能、太阳能等多种能源输入和内燃机、储能系统等多种能源转换单元等）运行不确定性强，具有间隙性、复杂性、多样性、不稳定性的特点，其电能质量特征与传统电力系统有很大差异，越来越多的分布式电源和电能质量调节装置渗透在配电系统基础设施中，使传统电网中单相潮流面临双向潮流的问题，且造成谐波之间相互影响。当多个谐波源同时作用时，由于谐波的频率，幅值，相位不同，以及谐波在传输过程中所受的影响，使得智能电网内部谐波非常复杂，带来严重的谐波污染，特别是多逆变器装置存在交互耦合影响等情况，将造成谐波放大，损坏电力设备，严重情况下还会威胁到电力系统的安全稳定运行，就要考虑谐波的多样性和衰减性。运用频谱规律分析不同类型谐波源产生谐波的交互影响与机理，多谐波源互信息提取的成果将有助于提高配电网的安全稳定运行，推进智能电网实用化进程，在理论和实践中均有重要的研究价值。

发明内容

本发明主要针对多谐波源具有的相关性，以及之间相互影响，谐波叠加幅值增大或抵消的情况，提出多谐波源的互信息提取的方法，分析谐波源作用后谐波的特性

（1）谐波电流相互影响的谐波频谱规律：频率不同的谐波相互作用后，频谱含有n个频率，其幅值分别对应n个不同的幅值；频率相同的谐波相互作用后，频谱图只有一个频率，其幅值分别是各个不同谐波次数幅值的相加和；不同次数谐波相角的变化不影响频谱图的变化；频率相同的谐波叠加波形仍为正弦波；n个不同频率的谐波叠加后在半个周期内，相角越小，越接近正弦波

（2）根据不同类型电源的谐波特性在同一局部网络中产生谐波电流具有相关性，一种基于高斯分布假设的互信息特征提取判据算法，算法充分考虑了数据降维后的高斯分布特点，运用互信息描述数据与高斯分类参数信息关系,得到简明的判据函数,简化计算过程求出谐波量。

其有益效果是：

本发明重点研究配电网多谐波源间相互影响和互信息的提取，提供提高配电网电能质量的理论途径

（1）多谐波源间相互影响的特征，分析了不同类型的谐波频谱分布和谐波作用后的频谱一般性规律，可以简单明了地根据谐波具有的规律性分析网络中的谐波畸变情况

（2）通过谐波互信息特征提取，解决了多谐波源具有的特征复杂，不确定性大，关联耦合严重相互影响频谱分析的问题，对电能质量调节装置的安装具有重要的意义。

具体实施方式：

(1)               多种类型电源谐波信息特性研究

首先，利用多种类型电源实际系统数据在Matlab/Power simulink仿真平台上进行仿真，建立风力发电系统谐波数学模型、光伏发电系统谐波数学模型、电能质量控制装置谐波数学模型等，其次比较其在不同情况下产生谐波的情况，深入分析各电源的谐波频谱分布和特性

(2)               谐波互信息特征提取算法研究

信息论中互信息的基本概念，解决以不同类型电源的谐波特性在同一局部网络中产生谐波电流具有相关性问题，互信息作为描述高维数据特征提取分类数据，成功地解决了多谢波源相互影响的谐波频谱分析

1）首先将电流等间隔采样，将采样值表示成矩阵的形式

采用基于扩展普罗尼谱估计法把实际电力系统的非正弦周期波表达为一组以采样序号                                                为自变量的等间隔离散数字序列，因此根据扩展普罗尼谱估计法把负载电流用具有幅值、相位和频率的N个指数组合来逼近一等间隔长度为L的采样数据序列，的近似值为

                   n＝0，1……N-1           （1）

式中          

其中可以是任意的，不需要与基波成整数倍关系，将上式表示为形式

                                   I＝XA                         （2）