[发明专利]一种适用于风机接入配电网的谐波阻抗估算方法

权利要求书

1.一种适用于风机接入配电网的谐波阻抗估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集公共耦合点PCC(Point of Common Coupling)处的谐波电压U_pcc和谐波电流I_pcc数据

步骤2：采用自适应k-means均值聚类的方法对量测谐波电流I_pcc进行数据处理，得到k段谐波电流I_pcc-k以及对应的谐波电压U_pcc-k

步骤2.1：确定聚类数目k，首先输入PCC处谐波电流数据，然后根据评价指标误差平方和来确定最佳聚类数k，SSE会随着k的增大而减小，用斜率变化来判断当出现最大“拐点”时即是最佳聚类数k；其中，R_i为第i类包含的所有数据，p是第R_i类里的数据点，m_i是各类的中心点；

步骤2.2：迭代计算，确定最佳聚类数k后，首先任意选取k个聚类中心，计算所有数据点到各聚类中心的距离，将所有数据点相应地分配到离各自聚类中心最近的一类；

步骤2.3：更新聚类中心，以每一类的平均向量作为新的聚类中心，进行重新分配；

步骤2.4：迭代收敛，直到聚类中心不再变化即可获得k段聚类处理后的谐波电流数据I_pcc-k，然后根据聚类结果辨识得到相应的谐波电压数据U_pcc-k；

步骤3：采用稳健独立分量分析方法对数据处理后的量测量谐波电压U_pcc-k与谐波电流I_pcc-k进行分解，得到混合矩阵A

步骤3.1：由系统侧和风机组成的诺顿等效电路模型，公共耦合点(PCC)处谐波电压及谐波电流关系式为：

其中，Z_u和Z_w分别为待求量系统侧和风机等效谐波阻抗，U_pcc和I_pcc分别为PCC处的谐波电压和谐波电流，I_u和I_w分别为系统侧和风机等效谐波电流；同理，通过聚类处理后PCC处的谐波电压以及谐波电流可以表示为：

其中，U_pcc-k和I_pcc-k分别为第k段PCC处的量测量谐波电压和谐波电流，I_u-k和I_w-k分别为第k段未知量系统侧和风机等效谐波电流；

步骤3.2：稳健独立分量分析的数学模型为X＝AS，其中，X为n×T阶已知混合量测信号，A是n×m阶未知混合矩阵，S是m×T阶未知源信号，则可以将分段处理后PCC处的谐波电压与谐波电流关系式等效为：

采用稳健独立分量分析方法求解出混合矩阵A；

步骤4：由混合矩阵A中各元素的代数关系，得到系统侧谐波阻抗

由可知：

显然将求解出的混合矩阵中元素A₁₁与元素A₂₁相除，通过聚类之后，则可以得到k个系统谐波阻抗估计值

2.根据权利要求1所述的一种适用于风机接入配电网的谐波阻抗估算方法，其特征在于：在步骤2中，评价指标误差平方和SSE是通过计算所有数据点到各聚类中心的距离，聚类中心的个数从2到理论上的无穷大整数，且随着聚类个数的增大，误差平方和呈递减趋势，并逐渐趋于平缓；以聚类个数k为横坐标，SSE为纵坐标，计算判断随着k值的斜率变化，当出现最大“拐点”时，认为此时达到最佳聚类数，曲线趋于平缓；针对不同的数据，达到聚类自适应。

3.根据权利要求1所述的一种适用于风机接入配电网的谐波阻抗估算方法，其特征在于：在步骤3.2中，仅混合信号X已知，源信号S与混合矩阵A均未知的情况下，求解分离矩阵w，使得变换后的解混信号y是源信号S的最佳估计，即y＝wX，对分离矩阵w求逆得到混合矩阵A＝w^-1，具体步骤如下：

步骤3.2.1：去均值处理，将由聚类处理后PCC处的谐波电压U_pcc-k和谐波电流I_pcc-k组成的混合矩阵进行去均值，得到其中，i表示第k段中的数据；

步骤3.2.2：给分离矩阵w随机赋初值w₍₀₎，使其范数为1，由y＝wX得到解混信号的初值y₍₀₎；

步骤3.2.3：解混信号y的峭度目标函数为：

其中，E{·}表示数学期望，求取峭度目标函数绝对值的最大输出，即最优步长：

μ_opt＝arg_μmax|k(w+μg)|

其中，μ_opt表示最优步长，arg_μmax表示求取最大输出值，μ表示步长，表示求梯度；

步骤3.2.4：更新分离矩阵：w^*_i+1＝w_i+μ_optg，其中，w_i为上次迭代分离矩阵，w^*_i+1为本次迭代更新分离矩阵；

步骤3.2.5：标准化：

步骤3.2.6：根据收敛条件|1-|w^Hw⁺||＜δ，判断收敛则迭代终止得到分离矩阵w，最后求逆得混合矩阵A＝w^-1，其中，w^H是w⁺的共轭转置，δ为常数。