CN103983851A - 主动配电网谐波源定位分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动配电网谐波源定位分析方法，包含以下内容，首先，根据主动配电网的特点，获取网络参数以及各种基波和谐波量测数据；然后，通过基波和谐波状态估计方法计算出主动配电网所有节点的基波和各次谐波电压；接着，根据各支路两端节点的基波和各次谐波电压及其支路参数，分别计算出主动配电网所有支路的基波和各次谐波电流；最后，通过支路电流与节点注入电流的关系公式计算出各节点的节点注入基波电流和各次谐波电流，并进一步计算出主动配电网所有节点的电流总谐波畸变率分布情况，便可准确定位各谐波源分布的位置和分析其特性。本发明具有对主动配电网多谐波源定位准确、计算过程清晰、易于编程等特点。

Description

主动配电网谐波源定位分析方法

技术领域

本发明属于电力系统分析与计算领域，具体涉及一种主动配电网谐波源定位分析方法。

背景技术

谐波源定位技术是谐波研究领域的重要分支，是了解主动配电网谐波源分布特性和进行谐波治理的关键技术，可计算出谐波源的准确位置及其关键的谐波指标，进而提出抑制谐波的有效措施。随着主动配电网(ADN)技术迅速发展和生活水平不断提高，大量的分布式电源(DG)和非线性负载接入主动配电网。而这些非线性负载和带有大量电力电子器件的分布式电源接入主动配电网，必将给主动配电网的电能质量带来新的问题和挑战。在主动配电网快速发展的背景下，谐波源定位技术是对主动配电网进行谐波治理的一项关键技术，是分析主动配电网中谐波源分布和特性的有效手段，有利于快速有效的实现谐波治理及改善电能质量。因此，研究主动配电网多谐波源定位分析方法对主动配电网的进一步发展和应用具有重要意义。本发明从谐波源定位分析方法着手，提出一种主动配电网谐波源定位分析方法，给主动配电网中的多谐波源定位和治理提供一种有效的技术方法。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种主动配电网谐波源定位分析方法，该方法能够准确定位主动配电网中的多谐波源位置，对研究主动配电网中各谐波源的特性和分布及其有效治理具有重要作用，从根本上解决了主动配电网中多谐波源准确定位的难题，极大提高了多谐波源定位的准确性和对其进行有效分析和治理的效率，具有对主动配电网多谐波源定位准确、计算过程清晰、易于编程等特点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种主动配电网谐波源定位分析方法，该方法包括以下步骤：

步骤A、获取主动配电网的网络参数以及各种基波和谐波量测数据，包括主动配电网总节点数，总支路数，节点序号，支路序号，独立节点数，独立支路数，联络支路数，环网个数，参考节点，平衡节点，支路阻抗，网络拓扑结构，基波量测数据，以及各次谐波量测数据，如针对具有N个节点、K个环网和含M个分布式电源的主动配电网，假设首节点作为参考节点和平衡节点，则主动配电网独立节点数为n＝N-1，独立支路数即树支数为c＝n，联络支路数即连支数为d＝K，总支路数为b＝c+d；

步骤B、通过常规基波和谐波状态估计方法计算出主动配电网各节点的基波电压和各次谐波电压其中，为节点i的基波电压，为节点i的第h次谐波电压，h为谐波次数，i为节点序号，i＝1,2,…,n，n为主动配电网独立节点数，上标“(1)”表示基波分量，上标“(h)”表示第h次谐波分量；

步骤C、根据公式和计算主动配电网各支路的基波电流和各次谐波电流其中，和分别为主动配电网支路r的基波电流和第h次谐波电流，和分别为主动配电网支路r的基波阻抗和第h次谐波阻抗，和分别为主动配电网支路r的首端节点j和末端节点i的基波电压，和分别为主动配电网支路r的首端节点j和末端节点i的第h次谐波电压，j和i分别为支路r的首端节点和末端节点序号，r为支路序号，j、i＝1,2,…,n，r＝1,2,…,b；

步骤D、根据公式 $I_n^{\left(1\right)}=A_T(I_T^{\left(1\right)}-B_T^T{I}_L^{\left(1\right)})$ 和 $I_n^{\left(h\right)}=A_T(I_T^{\left(h\right)}-B_T^T{I}_L^{\left(h\right)})$ 计算主动配电网各节点的节点注入基波电流和各次谐波电流其中，和分别为主动配电网独立节点i的节点注入基波电流和第h次谐波电流，为由各独立节点i注入基波电流组成的n×1阶相量矩阵，即 为由各独立节点i注入第h次谐波电流组成的n×1阶相量矩阵，即i＝1,2,…,n，i表示节点序号，n为主动配电网独立节点数，为由各树支t基波电流组成的c×1阶相量矩阵，即 为由各树支t第h次谐波电流组成的c×1阶相量矩阵，即t＝1,2,…,c，t表示树支序号，c为主动配电网树支数，且有c＝n，为由各连支l基波电流组成的d×1阶相量矩阵，即 为由各连支l第h次谐波电流组成的d×1阶相量矩阵，即l＝1,2,…,d，l表示连支序号，d为主动配电网连支数，A_T为表示节点和树支关联关系的n×c阶关联子矩阵，为矩阵B_T的转置矩阵，B_T为表示回路和树支关联关系的d×c阶关联子矩阵；即在主动配电网的连通图中选定一棵数，对支路的排序次序做适当调整，把c条树支放在前面，d条连支放在后面，则有主动配电网的节-支关联矩阵A＝[A_T A_L]，主动配电网的回-支关联矩阵B＝[B_T B_L]，A为n×b阶节-支关联矩阵，B为d×b阶回-支关联矩阵，其中，A_T为表示节点和树支关联关系的n×c阶关联子矩阵，A_L为表示节点和连支关联关系的n×d阶关联子矩阵，B_T为表示回路和树支关联关系的d×c阶关联子矩阵，B_L为表示回路和连支关联关系的d×d阶关联子矩阵，且B_L是一个d×d阶的单位矩阵，b为主动配电网总支路数，且有b＝c+d；

步骤E、根据不同谐波次数h，重复步骤B、步骤C和步骤D即可求出主动配电网所有节点的节点注入全部谐波电流，并计算出各谐波源向主动配电网输入的各次谐波电流为其中，为各谐波源向主动配电网输入的第h次谐波电流，i为谐波源节点序号，i＝1,2,…,n；

步骤F、根据电流总谐波畸变率THD的计算公式和电流单个谐波畸变率IHD的计算公式分别计算出主动配电网中各谐波源的电流总谐波畸变率和单个谐波畸变率的分布情况，从而准确定位主动配电网中各谐波源的节点序号和位置，并根据谐波源的各次谐波含量以及各谐波源的总谐波畸变率分布水平采取相应的治理措施，最终实现主动配电网多谐波源准确定位及有效治理，其中，THD_i(％)表示谐波源的电流总谐波畸变率，表示谐波源的电流单个谐波畸变率，h为谐波次数，H为谐波源的最高谐波次数，为各谐波源输出的基波电流，且有i为谐波源节点序号，i＝1,2,…,n。

有益效果：本发明针对现有谐波源定位技术存在的不足，提出了一种主动配电网谐波源定位分析方法，该方法根据主动配电网的特点，获取网络参数以及各种基波和谐波量测数据；然后，通过基波和谐波状态估计方法计算出主动配电网所有节点的基波和各次谐波电压；接着，根据各支路两端节点的基波和各次谐波电压及其支路参数，分别计算出主动配电网所有支路的基波和各次谐波电流；最后，通过支路电流与节点注入电流的关系公式计算出各节点的节点注入基波电流和各次谐波电流，并进一步计算出主动配电网所有节点的电流总谐波畸变率分布情况，便可准确定位各谐波源分布的位置和分析其特性。该方法能够准确定位主动配电网中的多谐波源位置，对研究主动配电网中各谐波源的特性和分布及其有效治理具有重要作用，从根本上解决了主动配电网中多谐波源准确定位的难题，极大提高了多谐波源定位的准确性和对其进行有效分析和治理的效率，具有对主动配电网多谐波源定位准确、计算过程清晰、易于编程等特点。由此可见，本发明具有很好的工程应用价值和借鉴意义。

附图说明

图1为本发明的总体流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1为本发明的总体流程图，具体方法如下：

针对具有N个节点、K个环网和含M个分布式电源(DG)的主动配电网，假设首节点作为参考节点和平衡节点，则主动配电网独立节点数为n＝N-1，独立支路数即树支数为c＝n，联络支路数即连支数为d＝K，总支路数为b＝c+d。

对于任一主动配电网有向连通图中，在不考虑参考节点的情况下，则其节点-支路(下面简称“节-支”)关联矩阵A描述节点和支路之间的联系。其中节-支关联矩阵A是一个n×b阶矩阵，规定每条支路的正方向都是从小号节点指向大号节点，如果节点i是支路r的首端节点，则A(i,r)＝1，如果节点i是支路r的末端节点，则A(i,r)＝-1，如果节点i不是支路r的端节点，则A(i,r)＝0。

对于连通图中一颗选定的树，由于基本回路中仅包含一条连支，基本回路数等于连支数，基本回路-支路(下面简称“回-支”)关联矩阵B描述基本回路、树支、连支之间的联系。其中回-支关联矩阵B是一个d×b阶矩阵，假定连支支路的正方向都是从小号节点指向大号节点，基本回路的正方向与连支支路的正方向相同，如果支路r在回路j上，且二者方向相同，则B(j,r)＝1，如果支路r在回路j上，且二者方向相反，则B(j,r)＝-1，如果支路r不在回路j上，则B(j,r)＝0。

在主动配电网的连通图中选定一棵数，对支路的排序次序做适当调整，把c条树支放在前面，d条连支放在后面，则有主动配电网的节-支关联矩阵A＝[A_T A_L]，主动配电网的回-支关联矩阵B＝[B_T B_L]，A为n×b阶节-支关联矩阵，B为d×b阶回-支关联矩阵，其中，A_T为表示节点和树支关联关系的n×c阶关联子矩阵，A_L为表示节点和连支关联关系的n×d阶关联子矩阵，B_T为表示回路和树支关联关系的d×c阶关联子矩阵，B_L为表示回路和连支关联关系的d×d阶关联子矩阵，且B_L是一个d×d阶的单位矩阵，n为主动配电网独立节点数，c为主动配电网树支数，且有c＝n，d为主动配电网连支数，b为主动配电网总支路数，且有b＝c+d。

1)获取主动配电网的网络参数以及各种基波和谐波量测数据，包括主动配电网总节点数，总支路数，节点序号，支路序号，独立节点数，独立支路数，联络支路数，环网个数，参考节点，平衡节点，支路阻抗，网络拓扑结构，基波量测数据，以及各次谐波量测数据。

2)通过常规基波和谐波状态估计方法计算出主动配电网各节点的基波电压和各次谐波电压其中，为节点i的基波电压，为节点i的第h次谐波电压，h为谐波次数，i为节点序号，i＝1,2,…,n，n为主动配电网独立节点数，上标“(1)”表示基波分量，上标“(h)”表示第h次谐波分量。

3)根据公式和计算主动配电网各支路的基波电流和各次谐波电流其中，和分别为主动配电网支路r的基波电流和第h次谐波电流，和分别为主动配电网支路r的基波阻抗和第h次谐波阻抗，和分别为主动配电网支路r的首端节点j和末端节点i的基波电压，和分别为主动配电网支路r的首端节点j和末端节点i的第h次谐波电压，j和i分别为支路r的首端节点和末端节点序号，r为支路序号，j、i＝1,2,…,n，r＝1,2,…,b。

4)根据公式 $I_n^{\left(1\right)}=A_T(I_T^{\left(1\right)}-B_T^T{I}_L^{\left(1\right)})$ 和 $I_n^{\left(h\right)}=A_T(I_T^{\left(h\right)}-B_T^T{I}_L^{\left(h\right)})$ 计算主动配电网各节点的节点注入基波电流和各次谐波电流其中，和分别为主动配电网独立节点i的节点注入基波电流和第h次谐波电流，为由各独立节点i注入基波电流组成的n×1阶相量矩阵，即 为由各独立节点i注入第h次谐波电流组成的n×1阶相量矩阵，即i＝1,2,…,n，i表示节点序号，n为主动配电网独立节点数，为由各树支t基波电流组成的c×1阶相量矩阵，即 为由各树支t第h次谐波电流组成的c×1阶相量矩阵，即t＝1,2,…,c，t表示树支序号，c为主动配电网树支数，且有c＝n，为由各连支l基波电流组成的d×1阶相量矩阵，即 为由各连支l第h次谐波电流组成的d×1阶相量矩阵，即l＝1,2,…,d，l表示连支序号，d为主动配电网连支数，A_T为表示节点和树支关联关系的n×c阶关联子矩阵，为矩阵B_T的转置矩阵，B_T为表示回路和树支关联关系的d×c阶关联子矩阵。

5)根据不同谐波次数h，重复步骤2)、步骤3)和步骤4)即可求出主动配电网所有节点的节点注入全部谐波电流，并计算出各谐波源向主动配电网输入的各次谐波电流为其中，为各谐波源向主动配电网输入的第h次谐波电流，i为谐波源节点序号，i＝1,2,…,n。

6)根据电流总谐波畸变率THD的计算公式和电流单个谐波畸变率IHD的计算公式分别计算出主动配电网中各谐波源的电流总谐波畸变率和单个谐波畸变率的分布情况，从而准确定位主动配电网中各谐波源的节点序号和位置，并根据谐波源的各次谐波含量以及各谐波源的总谐波畸变率分布水平采取相应的治理措施，最终实现主动配电网多谐波源准确定位及有效治理。

步骤6)中电流总谐波畸变率THD的计算公式为：

${\mathrm{THD}}_i(\%)=\frac{\sqrt{\underset{h=2}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\stackrel{\·}{I}}_i^{\left(h\right)}\right|}^2}}{\left|{\stackrel{\·}{I}}_i^{\left(1\right)}\right|}\×100\%---\left(1\right)$

电流单个谐波畸变率IHD的计算公式为：

${\mathrm{IHD}}_i^{\left(h\right)}(\%)=\frac{\left|{\stackrel{\·}{I}}_i^{\left(h\right)}\right|}{\left|{\stackrel{\·}{I}}_i^{\left(1\right)}\right|}\×100\%---\left(2\right)$

其中，THD_i(％)表示谐波源的电流总谐波畸变率，表示谐波源的电流单个谐波畸变率，h为谐波次数，H为谐波源的最高谐波次数，为各谐波源输出的基波电流，且有i为谐波源节点序号，i＝1,2,…,n。

Claims (3)

1.一种主动配电网谐波源定位分析方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤A、获取主动配电网的网络参数以及各种基波和谐波量测数据，如针对具有N个节点、K个环网和含M个分布式电源的主动配电网，假设首节点作为参考节点和平衡节点，则主动配电网独立节点数为n＝N-1，独立支路数即树支数为c＝n，联络支路数即连支数为d＝K，总支路数为b＝c+d；

步骤B、通过常规基波和谐波状态估计方法计算出主动配电网各节点的基波电压和各次谐波电压其中，为节点i的基波电压，为节点i的第h次谐波电压，h为谐波次数，i为节点序号，i＝1,2,…,n，n为主动配电网独立节点数，上标“(1)”表示基波分量，上标“(h)”表示第h次谐波分量；

步骤C、根据公式和计算主动配电网各支路的基波电流和各次谐波电流其中，和分别为主动配电网支路r的基波电流和第h次谐波电流，和分别为主动配电网支路r的基波阻抗和第h次谐波阻抗，和分别为主动配电网支路r的首端节点j和末端节点i的基波电压，和分别为主动配电网支路r的首端节点j和末端节点i的第h次谐波电压，j和i分别为支路r的首端节点和末端节点序号，r为支路序号，j、i＝1,2,…,n，r＝1,2,…,b；

步骤D、根据公式 $I_n^{\left(1\right)}=A_T(I_T^{\left(1\right)}-B_T^T{I}_L^{\left(1\right)})$ 和 $I_n^{\left(h\right)}=A_T(I_T^{\left(h\right)}-B_T^T{I}_L^{\left(h\right)})$ 计算主动配电网各节点的节点注入基波电流和各次谐波电流其中，和分别为主动配电网独立节点i的节点注入基波电流和第h次谐波电流，为由各独立节点i注入基波电流组成的n×1阶相量矩阵，即 为由各独立节点i注入第h次谐波电流组成的n×1阶相量矩阵，即i＝1,2,…,n，i表示节点序号，n为主动配电网独立节点数，为由各树支t基波电流组成的c×1阶相量矩阵，即 为由各树支t第h次谐波电流组成的c×1阶相量矩阵，即t＝1,2,…,c，t表示树支序号，c为主动配电网树支数，且有c＝n，为由各连支l基波电流组成的d×1阶相量矩阵，即 为由各连支l第h次谐波电流组成的d×1阶相量矩阵，即l＝1,2,…,d，l表示连支序号，d为主动配电网连支数，A_T为表示节点和树支关联关系的n×c阶关联子矩阵，为矩阵B_T的转置矩阵，B_T为表示回路和树支关联关系的d×c阶关联子矩阵；

步骤E、根据不同谐波次数h，重复步骤B、步骤C和步骤D即可求出主动配电网所有节点的节点注入全部谐波电流，并计算出各谐波源向主动配电网输入的各次谐波电流为其中，为各谐波源向主动配电网输入的第h次谐波电流，i为谐波源节点序号，i＝1,2,…,n；

步骤F、根据电流总谐波畸变率THD的计算公式和电流单个谐波畸变率IHD的计算公式分别计算出主动配电网中各谐波源的电流总谐波畸变率和单个谐波畸变率的分布情况，从而准确定位主动配电网中各谐波源的节点序号和位置，并根据谐波源的各次谐波含量以及各谐波源的总谐波畸变率分布水平采取相应的治理措施，最终实现主动配电网多谐波源准确定位及有效治理，其中，THD_i(％)表示谐波源的电流总谐波畸变率，表示谐波源的电流单个谐波畸变率，h为谐波次数，H为谐波源的最高谐波次数，为各谐波源输出的基波电流，且有i为谐波源节点序号，i＝1,2,…,n。

2.如权利要求1所述的主动配电网谐波源定位分析方法，其特征在于，步骤A中所述主动配电网的网络参数以及各种基波和谐波量测数据包括主动配电网总节点数，总支路数，节点序号，支路序号，独立节点数，独立支路数，联络支路数，环网个数，参考节点，平衡节点，支路阻抗，网络拓扑结构，基波量测数据，以及各次谐波量测数据。

3.如权利要求1所述的主动配电网谐波源定位分析方法，其特征在于，在主动配电网的连通图中选定一棵数，对支路的排序次序做适当调整，把c条树支放在前面，d条连支放在后面，则有主动配电网的节-支关联矩阵A＝[A_T A_L]，主动配电网的回-支关联矩阵B＝[B_T B_L]，A为n×b阶节-支关联矩阵，B为d×b阶回-支关联矩阵，其中，A_T为表示节点和树支关联关系的n×c阶关联子矩阵，A_L为表示节点和连支关联关系的n×d阶关联子矩阵，B_T为表示回路和树支关联关系的d×c阶关联子矩阵，B_L为表示回路和连支关联关系的d×d阶关联子矩阵，且B_L是一个d×d阶的单位矩阵，n为主动配电网独立节点数，c为主动配电网树支数，且有c＝n，d为主动配电网连支数，b为主动配电网总支路数，且有b＝c+d。