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谐波分析与报告的方法在未来网格的应用
摘要——先进的计量基础设施，先进配电自动化方案与发电集成进入分销网络，随着对电能质量（PQ）的认识的提高，意味着电力系统监测数据有一个实用性的增加。特别是，对于谐波数据，无论是电压或电流谐波，现在可从大量的网站和各种各样的PQ工具获得。传统的对电能质量谐波检测的分析和报告位居第50位。这意味着可用于分析的谐波数据显著偏大，例如，只有几个参数的稳态电压变化检查（例如，每个阶段的电压）。更高的频率组件，有时称为高频谐波，在10 - 250千赫范围内，主要是由于电力电子接口生成也变得很明显。由于大量的通过网格仪器捕获的谐波数据量，一个重要的挑战在于发展研究分析措施和报告，减少数据的形式，很容易理解和清楚地识别问题，但不遗漏重要细节。本文介绍了一些新的分析方法和报告，可用于减少大量谐波数据的个别谐波订单下降到一个小可使用的索引或图形表示的数目描述单个站点的谐波行为以及在许多站点横跨电力网络。提出的方法可用于排名的顺序formitigation策略网站性能。所描述的每一种方法的应用研究现实世界的数据。
索引术语——电力系统谐波，电力系统管理，电力系统测量，电能质量。
- 介绍
电力质量差（PQ）对消费者设备的影响已经很好地记录了[1]，[2]。经销商电能通常具有监管要求确保个人客户的供应质量依然存在在操作指南和国家标准中。一确保国家遵守的关键机制指南用于公用事业监控范围广泛的网站各自网络的边界，测量参数例如稳态电压，电压不平衡，电压骤降和波形失真。许多监控基础设施已经通过推出新网格了基础设施[3]。关于波形失真，电压失真而不是电流波形的失真趋于作为选择的度量。电流失真对源极有用识别和减轻个人网站的设计比对配电总体状态的评估网络。
电力质量差（PQ）对消费者设备的影响已经很好地记录了[1]，[2]。经销商
电能通常具有监管要求确保个人客户的供应质量依然存在在操作指南和国家标准中。一确保国家遵守的关键机制指南用于公用事业监控范围广泛的网站各自网络的边界，测量参数例如稳态电压，电压不平衡，电压和波形失真。许多监控基础设施已经通过推出新网格了基础设施[3]。关于波形失真，电压失真而不是电流波形的失真趋于作为选择的度量。电流失真对源极有用识别和减轻个人网站的设计比对配电总体状态的评估网络。
在某些情况下，从监测获得的数据分析活动涉及电压总数的确定谐波失真（VTHD），以获得初步监测现场的谐波性能概述。然而，这种方法有两个主要的缺点。 首先，如果网站的VTHD性能差（即整体VTHD超越）由相关标准或操作定义的要求，VTHD没有给出指示导致问题的单个谐波次序。其次，VTHD值低于设定的限制值自动确保所有谐波次数低于它们各自的限制。
全球研究人员和从业人员已经开发出来减少大量数据的方法[4]监控仪器，简单指标，图形表示并且不需要专业技术的报告格式知识[2]。 在[5]中，作者设计了一部可视化电压幅度的顺应性的方法在个别网站以及整个网络。该方法仅限于RMS电压电平，非常有效在显示典型和非典型表演的网站。然而，分析并不容易识别非典型场所。
[6]的作者提出了一些不同的评估PQ指数，包括可用于谐波的指标分析。 然而，据报道，重点是总谐波失真（THD），可以跨站点平均化，也可以区分变成一个直方图，给出网络的“世界观”在调查中。 这种做法的缺点已经有了被强调 它无法识别单个谐波次序。所描述的方法可以识别非典型位点，但是进一步
需要调查来确定是否存在问题谐波次序。
在[7]中，作者应用Cochrane定理的样本量以确定所需的测量位置数量。重点关注测量方法谐波是在每个这些站点使用THD。 这种方法在两个方面是有问题的。 首先，假设在分布上存在均匀的谐波失真网络，其次，对THD的依赖意味着个人可能超过合规限制的谐波订单除非THD指数过大，否则不会被识别。
许多其他作者已经解决了大量的聚合问题的谐波数据。 在大多数情况下，研究的重点是在有大量污染物的大型场所或分布区域。在一个大型教育网站进行的PQ调查是在[8]中提出。 作者探索了一种识别方法通过评估VTHD，在现场的非典型公共汽车。 再来一次，这提高了个人超限值的可能性由THD计算掩蔽的谐波阶数。 研究[9]提出了分布区的世界观旨在确定谐波的缓解方法污染程度。 重点是THD，但也有尝试以解决个体，低阶谐波的水平（主要是第5和第7）谐波滤波器要求。该方法确定受影响最严重的系统总线，但将会不能在配送区确定典型和非典型的客车。
在讨论PQ兼容性时，作者[10]专注于大客户如何提供合规证据连接前。 他们提供了一个发达的程序其中使用模拟和测量。 但是，重点放在一个单一的网站上，对其他客户的影响相同的分配区域没有被解决。
本文介绍了一些可以实现的新颖的方法用于减少个人的大量谐波数据谐波订单下降到少量索引或图形可用于描述谐波的表示个人网站以及许多网站的行为一个电力网络。 所提出的方法可以识别穷人因此提供一种方式排名站点性能，并可用于确定哪些站点需要进一步调查。 也可以对网站进行分类并调查站点聚类以确定特定负载或存在其他因素。
本文的其余部分组织如下。 在第二部分将介绍描述谐波的指标一个网站的表现。 第一个索引旨在表明整个谐波的总体符合性能频谱相对谐波极限。 其他指标，与规范无关，旨在描述谐波谱的特征或“形状”可以用于确定是否存在异常谐波行为在一个网站。 在讨论个别地点指数后，第三节介绍一种可用于指示的方法网络中许多站点的谐波性能。 在所有情况下，每种应用方法都是描述的
调查使用澳大利亚长期权力的数据质量调查[11]，[12]。 最后得出结论和进一步的工作将在第四节中介绍。
- 新兴的谐波指数网站
当从大量数据检查数据时如通过高级计量提供的数据可能的情况基础设施，个人网站通常不会有兴趣除非现场出现异常行为; 即正在超出限制或有不寻常的谐波频谱。 为了找到感兴趣的网站，需要可以使用的索引根据干扰严重程度，站点快速识别和排名需要进一步调查。 两个指标描述在第II-A和II-B节提供了一个就绪指示或不是单个站点的谐波行为是关注的。这种多阶段的方法来识别然后调查有问题的网站提供了一种轻松识别网站的方法这需要额外的分析。图1HCI样本分布
A、谐波合规指数
谐波符合指数（HCI）旨在表明单个谐波订单在现场的合规性相关限制 如第一节所述，由于缺乏数据或其他资源，THD以前被用作指标符合限制。 但是，可以有一个THD价值远远低于THD限额，但仍然有个人谐波次数超过单个谐波次数限制。HCI通过立即提供这个不足之处指示现场任何谐波次序是否高于如果是，限制在多大程度上。 使用（1）计算HCI；
(1)
其中HTHD代表被调查信号的THD，HTHD limit代表最大允许THD，Hn表示谐波n和Hn极限表示的大小谐波容许极限n（不同变量）合规要求）。
在考虑（1）的应用时，如果所有谐波阶数在一个站点低于标准或者规定的各自的限制经营要求，HCI值将低于100％。在这种情况下，索引也表示可用的余量任何谐波次序达到极限。 如果有任何谐波顺序超过其限制，HCI将大于100，它将会表示超过最差执行谐波的极限顺序是。
HCI可用于对站点进行排名以确定需要注意的网站。 图1示出了a的样本HCI的图形表示，显示如何使用排名网站。
B、描述谐波波谱“形状”的方法
而HCI会表明是否有特定的单个谐波次序高于相关极限一个网站，它不提供关于确切的谐波的信息超过限额的订单，以及是否谐波谱是非典型的。
三个新参数来描述谐波的形状提出了谱。第一个参数给出了一种平均值，
突出显示谐波次序的中心位置。这个参数以下简称平均谐波，其他两个参数给出了哪里的指示谐波谱的显着下限和上限发生。这些参数在下文中称为hlow和高分别。使用这些指标很容易以确定具有谐波谱的站点不同于什么会被认为是正常的。例如在一个LV网络，传统的主要谐波命令是低订单，特别是第3和第5。如果光谱的形状发现使用上述方法的中心位置，比如说十五号谐波，这表示一个不能表现的网站预期。很明显，标准THD计算没有提供相同的洞察力。
- 平均谐波的计算：平均值的目标谐波计算是产生一个指标在哪里大部分谐波谱集中。 第一个例子这可以通过（2）中所示的计算来实现：
（2）
其中hav是平均谐波，hi是谐波次序对于第i个谐波，hi是第i个谐波的幅度。
例如，考虑两种情况，A和B，如图所示图。在图2中。2（和所有后续的数字呈现谐波频谱），垂直轴表示百分比幅度的相对于基波的谐波。
对于案例A，2）导致：
对于案例B，hav = 15.5。一个属性的定义（2）中给出的平均谐波是许多低幅度组件将具有一个巨大的影响幅度分量。大幅度的组件可以通过将（2）中的Hi替换为来强调，其中n是2或更大。这种替代结果是（3）。
(3)
hav中的n的各种值的影响对于两个例子情况如图1所示。 读者将会观察到n = 10，只有最大值H确定hav，任何特殊谐波对设备的影响与大小的平方成正比[11]，建议选择n值为2。这样会减少小谐波大小给予结果的重量。
- 上边界和下边界（hlow和hhigh）——初步：
图2样本谐波谱——案例A和B （a）案例A （B）案例B
- 下边界：下边界（hlow）是一个度量的低频端的谐波次序光谱开始显着。 这需要强调（3）中的频谱中的低频。 第一个例子，这可以通过用1 / hi加权每个术语来实现，通过将分子和分母项乘以1 / hi如（4）所示。
(4)
- 上边界：对于上边界，这是必要的强调更高频率的组件通过用（3）中的每个项加权，即乘法hi给出的分子和分母词；
(5)
图3样本谐波谱——案例C和案例D； (a)案例C (b)案例D
从前面的讨论来看，这似乎是一个合理的带宽的定义是：
(6)
将这些定义应用于案例A和B，如图所示图。 2，结果见表二。 首先，表二中的值似乎是合理的。 但是，如果C和D。 3被检查，相同的带宽将是预期两种情况。 但是，作为计算值表III所示的相关参数表明，不是这种情况。
进一步检查表3中的结果，虽然较低上限看起来合理，带宽不大相同。 这样做的原因可以通过检查来看待在下一节中给出了一些例子。
c)方法讨论：假设有谐波的频谱存在于h1和h2，每个单位幅度和使用n = 1。由（3）得：
(7)
由（4）得：
(8)
由（5）得：
(9)
这可以重新表示为(10)；
(10)
图4
图5
图6
我们看到BW的定义加为平方（h1-h2），如表III所示，降低。方程（10）表明，更好的带宽定义是：
(11)
- 进一步简化为(12)
(12)
从（12）可以确定最终的hlow和hhigh如下：
将这些修订后的定义应用于所有案例的结果A-D（图2和图3）示于表IV。
- 进一步改进：在以前的治疗中，那里是一个假设，hlow和hhigh对称放置在平均值之外，但是有很多谱是这样的不是这样，例如图1中的案例A。 图2最低频率计算是3.4，其小于任何谐波存在。 问题是假设带宽被等同地放置在周围平均。
一个更好的解决方案是假设带宽BW是放置，使平均以上的光谱与光谱下面以一个比率r来确定而不是给出（13）和（14）所暗示的默认值为0.5。 表达方式对于r可以从hhigh（n）的初始值中找到hlow和hhigh。
(15)
可以确定hhigh和hlow值。
(16)
(17)
案例A的参数变化见于表五
4)示例：从...收集的谐波谱数据中等电压（MV）站点作为澳大利亚龙的一部分国家电力质量调查（LTNPQS）[12]，[13]被用来表示计算结果如何来自具有一定范围形状的光谱数据。第一选择频谱，如图1所示。 4，是MV的典型形状
网站连接到澳大利亚分销网络。第二并选择第三个频谱进行调查，如图所示图5和6，具有高于正常的21和高15次谐波级别。表VI显示了计算的形状使用n = 2的三个站点的参数表VI显示了最终的方法给出了结果相当直观。在所有情况下，hhigh约为5。这是准确的，因为所有网站对于低调的订单都有相似的频谱。读者会高度观察根据Site 2排名高于预期的网站
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