CN105429143B - 一种针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法：根据光伏专供线上光伏电源容量参数、接入位置参数以及平均谐波电流参数，计算各个光伏电源接入点处的总谐波失真，并根据总谐波失真确定谐波质量监测点选址位置，从而快速有效的定位在某种光伏接入方式下，专供馈线中的谐波质量薄弱点；本发明所述选址方法简单快捷，避免了复杂的谐波潮流计算，易于不具备专业电力系统知识人员的操作和实现。

Description

一种针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法
技术领域
本发明属于分布式电源并网领域，涉及一种针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法。
背景技术
分布式发电具有广泛的经济和社会效益，在能源日益紧缺的今天，国家大力提倡分布式发电，特别是太阳能的利用。随着薄膜发电技术的进一步提升，光伏电源不再仅仅局限于小容量的单一个体，而具有向大容量集中化并网发展的趋势。可以看到，在不远的将来，不仅光伏发电厂的容量会提升，而且会广泛分布于城乡之间。
随着光伏并网规模的不断增大，其带来的谐波质量问题也更加突出。为了监测一条光伏接入的专供馈线在不同位置接入大量光伏后的谐波质量情况，谐波质量的监测方案层出不穷。谐波质量监测点的选择作为谐波质量监测方案的关键技术之一，越来越被重视。好的谐波质量监测点，就是专供馈线中谐波质量问题最严重的点，该点可以代表整条专供馈线的谐波质量情况。如果该点的谐波质量达标，则整条专供馈线的谐波质量就满足要求。
目前，谐波质量监测点选址采用谐波潮流计算，但存在计算复杂的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法，可方便快捷的找到整条专供馈线中谐波质量问题最严重的点，避免了复杂的谐波潮流计算，便于操作和实现。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
1)将光伏专供线等效成为仅含光伏电源和馈线的简单线路模型；
2)测量馈线的长度、各个光伏电源的接入容量和接入点位置；
3)根据各个光伏电源的并网逆变器型号，得到各个光伏电源各自的平均谐波电流参数；
4)根据所述长度、接入容量、接入点位置以及平均谐波电流参数计算得到馈线上各光伏电源接入点各自的总谐波失真量；
5)根据各光伏电源接入点的总谐波失真量，确定所述光伏专供线的谐波质量监测点。
所述平均谐波电流参数的获取方法包括以下步骤：根据某个光伏电源的并网逆变器型号，查阅该光伏电源的并网逆变器对应的谐波电流参数，然后计算该光伏电源的并网逆变器2、3、4以及5次谐波电流百分比的平均值，该平均值即为对应光伏电源的平均谐波电流参数。
馈线上某一点的总谐波失真量，采用该点的总的谐波电流含量近似替代。
馈线上各光伏电源接入点各自的总谐波失真量，采用以下公式计算：
其中，X＝Nk,k＝1,2,3...n，n为接入馈线的光伏电源数量，Nk为接入馈线的第k个光伏电源与馈线某一端的距离，该距离的测量参考馈线的同一个端部，N为馈线总长度，Km为接入馈线的第m个光伏电源的平均谐波电流参数，Sm为接入馈线的第m个光伏电源的容量，Nm为接入馈线的第m个光伏电源与馈线某一端的距离，该距离的测量参考馈线的同一个端部，THDk为第k个光伏电源的接入点的总谐波失真量。
所述步骤5)具体包括以下步骤：找到总谐波失真量最大的光伏电源接入点，该接入点即为整条光伏专供线中的谐波质量监测位置。
本发明的有益效果体现在：
本发明根据光伏专供线上接入的光伏电源的容量参数、接入位置参数以及平均谐波电流参数，计算各个光伏电源接入点处的总谐波失真，并根据总谐波失真确定谐波质量监测点选址位置，从而快速有效的定位在某种光伏接入方式下，专供馈线中的谐波质量薄弱点，本发明数学运算简单，避免了复杂的谐波潮流计算，易于操作和实现。
附图说明
图1为光伏专供线等效后的示意图；
图2为本发明所述光伏专供线的谐波质量监测点选址方法流程图；
图3为一条典型的含有三个光伏电源的专供线等效后的示意图；
图4为针对图3所示的专供线的DIgsilent仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
当电力系统中光伏电源接入的专供馈线在不同位置接入多个光伏电源时，每个光伏电源都可以等效成为一个谐波源，向该馈线注入谐波。具有代表性的等效后仅含光伏电源和馈线的简单系统，参见图1，左右两端通过变压器和电网连接。总长度为N的整条馈线上共有n个光伏电源接入，光伏电源从左至右的容量分别为S1、S2、S3…Sn，接入点分别距离馈线左端的距离为N1、N2、N3…Nn。
由于光伏电源向馈线的注入电流与其容量成正比，而谐波电流参数又与光伏逆变器的型号相关，并且光伏逆变器向电网注入的谐波电流中2、3、4、5次谐波影响最为显著。因此，本发明求取光伏逆变器的2、3、4、5次谐波电流参数的均值，并定义其为该光伏电源注入的谐波电流与光伏容量的相关系数，记为K。如图1中所示的光伏电源，假设光伏电源并网逆变器型号对应的平均谐波电流参数(即上述相关系数)从左至右依次为K1、K2、K3…Kn，则不难看出，每个光伏电源向馈线的谐波电流注入量为K1S1、K2S2、K3S3…KnSn。
设图1中馈线上某一点与馈线左端的距离为X，该点总的谐波电流含量为Q，则通过简单的数学推导可知，该点的总的谐波电流含量满足式(2)：
因为总的谐波电流含量与总谐波失真(THD)正相关，所以本发明假定Q为THD的近似替代值。式(2)变为：
根据式(3)可以计算得到，馈线上各个点的THD，只需找到其中的最大值点即可。
对式(3)求偏导可以得到：
因此，THD在区间(Nk≤X≤Nk+1,k＝1,2,3...n)内，单调递增或者递减。其最大值在某光伏电源接入点处取得(X＝Nk,k＝1,2,3...n)。
因此，计算得到所有光伏电源接入点的THD值，找到其中的最大值点，该点的谐波质量问题最为严重，即为整条光伏专供线路中的谐波质量监测位置。
参见图2，基于以上分析，本发明所述针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法，包括以下步骤：
步骤一：取出光伏电源接入电网的专供馈线，忽略线路上的少量负荷和外界干扰，等效成为如图1所示的仅含光伏电源和馈线的简单系统；
步骤二：测量整条馈线的长度记为N；
步骤三：测量各个光伏电源的接入容量和各个光伏电源接入点与馈线一端(例如左端)的距离，分别记为Sk和Nk(k＝1,2,3...n)；
步骤四：根据各个光伏电源的并网逆变器型号，查阅该型号对应的谐波电流参数，取2、3、4、5次谐波电流百分比的平均值，作为各个光伏电源的平均谐波电流参数，记为Kk(k＝1,2,3...n)；
步骤五：根据式(5)计算得到专供馈线上各个光伏电源接入点的THD近似值；
步骤六：找到所有光伏电源接入点中THD最大的点，该点的谐波质量问题最为严重，即为整条光伏专供线路中的谐波质量监测位置。
下面，举一个实例对上述方法进行具体说明。
参见图3，三个光伏电源的逆变器型号从左至右依次为GP500KTI型逆变器、GP250KTI-T型逆变器和GP100KTI-T型逆变器，容量大小从左至右依次为8WM、8WM、10WM。第一个光伏电源距离馈线左端8KM，第二个光伏电源距离馈线左端10KM，第三个光伏电源距离馈线左端20KM，馈线总长度为25KM。
根据式(5)，求得三个光伏电源接入点处的THD为：
第一个光伏电源接入点，X＝N1处：
第二个光伏电源接入点，X＝N2处：
第三个光伏电源接入点，X＝N3处：
查询相关资料，得到GP500KTI型逆变器、GP250KTI-T型逆变器和GP100KTI-T型逆变器的谐波电流参数如表1、表2、表3所示。分别求取各类型逆变器2、3、4、5次谐波电流参数的平均值，得到三个光伏电源的平均谐波电流参数K1、K2、K3，如表4所示。
表1 GP500KTI型逆变器谐波电流参数
谐波次数 2 3 4 5
谐波电流(％) 0.95 1.69 0.89 1.09
表2 GP250KTI-T型逆变器谐波电流参数
谐波次数 2 3 4 5
谐波电流(％) 0.89 0.85 0.34 0.86
表3 GP100KTI-T型逆变器谐波电流参数
谐波次数 2 3 4 5
谐波电流(％) 0.98 0.70 0.44 0.91
表4 三个光伏电源的谐波电流参数
逆变器型号 GP500KTI GP250KTI-T GP100KTI-T
平均谐波电流参数K 1.155 0.7250 0.7575
代入S1＝8WM、S2＝8WM、S3＝10WM，K1＝1.155、K2＝0.725、K3＝0.7575，N1＝8KM、N2＝10KM、N3＝20KM、N＝25KM后，三个光伏电源接入点的THD分别为：THD1＝16.91，THD2＝17.751，THD3＝12.226。因为N2对应的光伏电源接入点的THD最大，所以该点的谐波质量问题最为严重。因此，整条光伏专供线路中的谐波质量监测位置应该为N2对应的光伏电源接入点。
为了验证上述结果，本发明在DIgsilent仿真软件中搭建了如图3所示的光伏专供馈线。通过谐波潮流计算，得到的仿真结果如图4所示，光伏专供馈线上，三个光伏接入点的THD从左至右分别为17.5、18.1、13.3(由于本发明的计算方法存在近似性，因此结果有所差别)。其中，N2对应的光伏电源接入点处的THD最大，与通过本发明的方法得到的计算结果相同。
综上所述，根据本发明提供的方法，对于一条电力系统的光伏专供线路，操作人员只需要测量得到各个接入光伏电源的容量参数和位置参数，通过简单的数学运算，就可以快速有效的找到整个谐波质量监测系统的监测点。这种方法简便易行，避免了复杂的谐波潮流计算，使不具备专业电力系统知识的人员也可以操作和实现。

Claims (3)

1.一种针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将光伏专供线等效成为仅含光伏电源和馈线的简单线路模型；
2)测量馈线的长度、各个光伏电源的接入容量和接入点位置；
3)根据各个光伏电源的并网逆变器型号，得到各个光伏电源各自的平均谐波电流参数；
4)馈线上某一点的总谐波失真量，采用该点的总的谐波电流含量替代，根据所述长度、接入容量、接入点位置以及平均谐波电流参数计算得到馈线上各光伏电源接入点各自的总谐波失真量；
馈线上各光伏电源接入点各自的总谐波失真量，采用以下公式计算：
其中，X＝Nk,k＝1,2,3...n，n为接入馈线的光伏电源数量，Nk为接入馈线的第k个光伏电源与馈线某一端的距离，该距离的测量参考馈线的同一个端部，N为馈线总长度，Km为接入馈线的第m个光伏电源的平均谐波电流参数，Sm为接入馈线的第m个光伏电源的容量，Nm为接入馈线的第m个光伏电源与馈线某一端的距离，该距离的测量参考馈线的同一个端部，THDk为第k个光伏电源的接入点的总谐波失真量；
5)根据各光伏电源接入点的总谐波失真量，确定所述光伏专供线的谐波质量监测点。
2.如权利要求1所述的针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法，其特征在于：所述平均谐波电流参数的获取方法包括以下步骤：根据某个光伏电源的并网逆变器型号，查阅该光伏电源的并网逆变器对应的谐波电流参数，然后计算该光伏电源的并网逆变器2、3、4以及5次谐波电流百分比的平均值，该平均值即为对应光伏电源的平均谐波电流参数。
3.如权利要求1所述的针对电力系统光伏专供线的谐波质量监测点选址方法，其特征在于：所述步骤5)具体包括以下步骤：找到总谐波失真量最大的光伏电源接入点，该接入点即为整条光伏专供线中的谐波质量监测位置。
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