CN106953331A - 一种考虑不确定性和三相不平衡的电力系统谐波潮流算法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种考虑不确定性和三相不平衡的电力系统谐波潮流算法，包括：选择谐波次数h；计算非线性负荷节点所接谐波源注入系统的第h次谐波电流值；建立系统元件包括各线路及变压器等的第h次谐波模型；初始化各节点谐波电压与相角；设置迭代次数，每次迭代过程，计算各线性负荷节点的等效注入谐波电流向值；从末节点开始，通过对支路谐波电流的求和计算，获得各条支路每相的谐波电流值；从馈线始端至馈线末端依次计算节点谐波电压值；迭代终止判据为各节点每相的谐波电压相对于上一次迭代的数值偏差小于允许值；根据所获基波电压值以及各次谐波电压的值求取各节点各相谐波电压畸变率。

Description

一种考虑不确定性和三相不平衡的电力系统谐波潮流算法
技术领域
本发明涉及电力系统谐波分析领域，特别涉及基于不确定数学理论的电力系统三相不平衡谐波分布计算方法。
技术背景
随着电力市场的出现以及分布式电源的接入，在电力系统实际运行中会存在大量的不确定因素，如分布式电源出力的不确定性、变动负荷的不确定性、电力原件模型参数的不确定性等，这些因素都会对系统的谐波水平造成影响，进而导致谐波分布具有不确定性，传统的确定性谐波分布计算方法在对具有不确定性信息的系统进行分析计算时，表现出一定的局限性。不确定谐波分布计算在电力系统的谐波水平评估中已有了一些应用，但由于问题本身难度较大，它一直是谐波分布计算中的一个难点。
目前针对不确定谐波分布的计算主要包括概率谐波分布方法和模糊谐波分布方法。对于具备统计性质的随机信息，可以用概率的理论来表示负荷的不确定性；对于不具备统计性质的不确定因素，则可以采用模糊数学的方法来处理。但这些详细的信息并不容易获得，对于负荷预测的结果不精确但在一定范围内准确时，采用区间数学来求解非常适用。
发明内容
本发明的目的是提供谐波分布分析过程中对不确定信息的处理方法，在谐波源详细的概率分布无法获得的情况下，能以区间表征节点谐波的水平，提供基于不确定性数学理论的三相不平衡谐波分布计算方法。本发明采用的技术方案是：
一种考虑不确定性和三相不平衡的电力系统谐波潮流算法，包括下列步骤：
(1)选择谐波次数h；
(2)根据基波计算结果，计算非线性负荷节点所接谐波源注入系统的第h次谐波电流值
(3)计及谐波影响，建立系统元件包括各线路及变压器等的第h次谐波模型；
(4)初始化各节点谐波电压与相角；
(5)将迭代次数k置零，k＝0；
(6)计算各线性负荷节点的等效注入谐波电流向值：
式中：是线性负荷节点j的第h次谐波电压第k次迭代的值；
是线性负荷节点j的第h次谐波等效阻抗；
(7)从末节点开始，通过对支路谐波电流的求和计算，获得各条支路每相的谐波电流值：
式中：是节点j-1到节点j第i相的谐波线路电流值；
是节点j第i相的谐波注入电流值；
Ωj是节点j所连支路的集合；
(8)从馈线始端至馈线末端依次计算节点谐波电压值：
式中：是节点j的谐波电压值矩阵；
是节点j-1谐波电压值矩阵；
是节点j-1到节点j的线路阻抗矩阵；
(9)判断终止，若满足迭代误差要求则停止，否则返回(6)继续迭代，k＝k+1，迭代终止判据为各节点每相的谐波电压相对于上一次迭代的数值偏差小于允许值ε：
(10)判断谐波计算是否结束，若未结束则返回(1)继续选择谐波次数，否则，执行下一步；
(11)根据所获基波电压值以及各次谐波电压的值求取各节点各相谐波电压畸变率：
式中：是节点j第i相的电压谐波畸变率；
是节点j处第i相基波电压值；
是节点j处第i相的第h次谐波电压值。
其中步骤(2)可以如下：
1)将节点注入功率统一表示成不确定量的形式：
式中为节点j第i相负荷值，i＝a,b,c；
为节点j第i相的额定功率；
为节点j第i相的噪声元；
为噪声元系数；
2)经三相基波潮流算法，求得各节点电压值进而求取非线性负荷节点的电流值：
式中为节点j第i相的注入电流值；
为节点j第i相的电压值；
3)根据基波电流值和谐波源典型频谱，求取各次谐波电流的幅值和相角，得到谐波源的恒流源不确定性模型：
式中I1-spectrum为基波电流幅值；
Ih-spectrum为第h次谐波电流幅值；
为节点j第i相的基波电流相角值；
θ1-spectrum为基波相角值；
θh-spectrum为第h次谐波相角值；
为节点j第i相第h次谐波电流的相角值；
|·|为模值求取运算。
本发明利用区间数学，在稳态条件下，计及负荷的不确定性，以区间来表示谐波分布情况，获得配网中各节点谐波电压的波动范围，方便对非测量点的谐波水平进行合理估计，建立基于不确定性数学理论的三相不平衡谐波分布计算方法，为治理配网电能质量问题提供合理的依据。
附图说明
图1基于不确定性数学理论的三相不平衡电力系统谐波分布计算流程图。
图2 33节点算例接线图。
具体实施方式
本发明的考虑不确定性和三相不平衡的电力系统谐波潮流算法具体步骤如下
1.根据需求获取基波潮流计算的结果；
2.选择谐波次数h；
3.根据基波计算结果，结合测量、仿真、典型频谱等方式，计算非线性负荷节点所接谐波源注入系统的第h次谐波电流值方法如下：
1)将节点注入功率统一表示成不确定量的形式：
式中为节点j第i相负荷值，i＝a,b,c；
为节点j第i相的额定功率；
为节点j第i相的噪声元；
为噪声元系数；
2)经三相基波潮流算法，求得各节点电压值进而求取非线性负荷节点的电流值：
式中为节点j第i相的注入电流值；
为节点j第i相的电压值；
3)根据基波电流值和谐波源典型频谱，求取各次谐波电流的幅值和相角，得到谐波源的恒流源不确定性模型：
式中I1-spectrum为基波电流幅值；
Ih-spectrum为第h次谐波电流幅值；
为节点j第i相的基波电流相角值；
θ1-spectrum为基波相角值；
θh-spectrum为第h次谐波相角值；
为节点j第i相第h次谐波电流的相角值；
|·|为模值求取运算；
4.计及谐波影响，更新网络参数，建立系统元件包括各线路及变压器等的第h次谐波模型；
5.初始化各节点每相第h次谐波电压的幅值和相角；
6.将迭代次数k置零，k＝0；
7.计算线性负荷的等效注入谐波电流值：
式中：是线性负荷节点j的第h次谐波电压第k次迭代的值；
是线性负荷节点j的第h次谐波等效阻抗；
8.从末节点开始，通过对支路谐波电流的求和计算，获得各条支路每相的始端谐波电流值：
式中：是节点j-1到节点j第i相的谐波线路电流值；
是节点j第i相的谐波注入电流值；
Ωj是节点j所连支路的集合；
9.从馈线始端至馈线末端依次计算节点谐波电压值：
式中：是节点j的谐波电压值矩阵；
是节点j-1谐波电压值矩阵；
是节点j-1到节点j的线路阻抗矩阵；
10.判断终止，若满足迭代误差要求则停止，否则返回7继续迭代，k＝k+1。迭代终止判据为各节点每相的谐波电压相对于上一次迭代的数值偏差小于允许值：
11.判断谐波计算是否结束，若结束则继续计算THD(％)，否则返回(2)继续选择谐波次数；
12.计算谐波畸变率，根据所获基波电压复仿射值以及各次谐波电压的复仿射值求取各节点各相谐波电压畸变率：
式中：是节点j第i相的电压谐波畸变率值；
是节点j处第i相基波电压值；
是节点j处第i相的第h次谐波电压值。
13.输出计算结果。
以某33节点电力系统为例进一步说明本发明，表1给出算例中接入的两种谐波源电流频谱，表2为此算例非线性负荷节点信息，系统其它数据与33节点算例相同，不再赘述。本发明采用有名值进行计算(误差精度为0.01)，输出的结果以有名值的形式表示。
表3为33节点配电系统三相不平衡谐波分布各节点各相THD(％)的计算结果。
表1
表2
表3
计算结果表明，本发明提出的基于不确定性理论的三相不平衡谐波分布计算方法能够获得系统不确定谐波分布的区间解，解决了确定性谐波分布不能解决的问题。

Claims (2)

1.一种考虑不确定性和三相不平衡的电力系统谐波潮流算法，包括下列步骤：
(1)选择谐波次数h；
(2)根据基波计算结果，计算非线性负荷节点所接谐波源注入系统的第h次谐波电流值
(3)计及谐波影响，建立系统元件包括各线路及变压器等的第h次谐波模型；
(4)初始化各节点谐波电压与相角；
(5)将迭代次数k置零，k＝0；
(6)计算各线性负荷节点的等效注入谐波电流向值：
I ^ h j ( h ) = V ^ h j ( h ) Zh j ( h )
式中：是线性负荷节点j的第h次谐波电压第k次迭代的值；
是线性负荷节点j的第h次谐波等效阻抗；
(7)从末节点开始，通过对支路谐波电流的求和计算，获得各条支路每相的谐波电流值：
B ^ h j - 1 j i = I ^ h j i + Σ l ∈ Ω j B ^ h j l i
式中：是节点j-1到节点j第i相的谐波线路电流值；
是节点j第i相的谐波注入电流值；
Ωj是节点j所连支路的集合；
(8)从馈线始端至馈线末端依次计算节点谐波电压值：
[ U ^ h j a b c ] = [ U ^ h j - 1 a b c ] - [ Zh j - 1 j a b c ] * [ B ^ h j - 1 j a b c ]
式中：是节点j的谐波电压值矩阵；
是节点j-1谐波电压值矩阵；
是节点j-1到节点j的线路阻抗矩阵；
(9)判断终止，若满足迭代误差要求则停止，否则返回(6)继续迭代，k＝k+1，迭代终止判据为各节点每相的谐波电压相对于上一次迭代的数值偏差小于允许值ε：
(10)判断谐波计算是否结束，若未结束则返回(1)继续选择谐波次数，否则，执行下一步；
(11)根据所获基波电压值以及各次谐波电压的值求取各节点各相谐波电压畸变率：
T H ^ D j i ( % ) = Σ h = 2 n | U ^ h j ( h ) , i | 2 | U ^ j i | × 100 %
式中：是节点j第i相的电压谐波畸变率；
是节点j处第i相基波电压值；
是节点j处第i相的第h次谐波电压值。
2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，步骤2)如下：
1)将节点注入功率统一表示成不确定量的形式：
式中为节点j第i相负荷值，i＝a,b,c；
为节点j第i相的额定功率；
为节点j第i相的噪声元；
为噪声元系数；
2)经三相基波潮流算法，求得各节点电压值进而求取非线性负荷节点的电流值：
式中为节点j第i相的注入电流值；
为节点j第i相的电压值；
3)根据基波电流值和谐波源典型频谱，求取各次谐波电流的幅值和相角，得到谐波源的恒流源不确定性模型：
式中I1-spectrum为基波电流幅值；
Ih-spectrum为第h次谐波电流幅值；
为节点j第i相的基波电流相角值；
θ1-spectrum为基波相角值；
θh-spectrum为第h次谐波相角值；
为节点j第i相第h次谐波电流的相角值；
|·|为模值求取运算。
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