本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析與計(jì)算領(lǐng)域，尤其涉及一種能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法。

背景技術(shù)：

能源互聯(lián)網(wǎng)被視為信息通信技術(shù)與能源技術(shù)融合的產(chǎn)物，將為轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供可能的解決方案，但隨著大量電力電子裝置(如能量路由器等)、敏感性負(fù)荷與波動(dòng)式分布式電源(distributedgeneration，dg)的接入能源互聯(lián)網(wǎng)，其諧波問題將由局部問題逐步擴(kuò)散為系統(tǒng)問題，降低能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)供電的能力。

諧波潮流計(jì)算是研究系統(tǒng)電力潮流中諧波問題的重要手段，通過諧波潮流計(jì)算可以得到電網(wǎng)各支路諧波電流、節(jié)點(diǎn)諧波電壓以及諧波畸變的程度，是評(píng)估能源互聯(lián)網(wǎng)諧波問題的重要方法。但dg的出力具有很大的隨機(jī)波動(dòng)性，因此，并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)功率具有不確定性，這將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)注入諧波電流的不確定，進(jìn)而給能源互聯(lián)網(wǎng)帶來了不確定性諧波潮流的問題。針對(duì)不確定諧波潮流，已有文獻(xiàn)進(jìn)行了分析與研究，其中對(duì)概率潮流法的研究較多。概率潮流法采用2階矩判斷不確定信息的波動(dòng)性，即以標(biāo)準(zhǔn)差來衡量不確定度。建立符合實(shí)際的概率模型需要大量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而實(shí)際應(yīng)用中，一方面，受限于樣本的數(shù)量，所需的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以滿足要求；另一方面，dg具有較大波動(dòng)性，使樣本具有不確定性，且由于測(cè)量誤差等影響，難以確定樣本的準(zhǔn)確性，因此，僅用2階矩的概率模型難以真實(shí)反映dg輸出功率的不確定性，也難以計(jì)算出準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)諧波潮流指標(biāo)。

如公開號(hào)為cn103956735b的中國(guó)專利提出的一種分布式發(fā)電系統(tǒng)的諧波潮流分析方法，首先，根據(jù)分布式發(fā)電系統(tǒng)中分布式電源(dg)并網(wǎng)的特點(diǎn)，分析dg并網(wǎng)接口電力電子裝置的工作特性及其注入系統(tǒng)各次諧波電流的含量；然后，通過計(jì)算分布式發(fā)電系統(tǒng)的基波潮流得出各dg并網(wǎng)的基波電壓，由各dg的輸出功率，可計(jì)算出其注入系統(tǒng)的基波電流；最后，通過各dg注入系統(tǒng)的基波電流求出其注入系統(tǒng)的各次諧波電流，并計(jì)算出整個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)的諧波潮流分布情況。

然而上述方法沒有考慮分布式電源(dg)的出力具有很大的隨機(jī)波動(dòng)性，因此，并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)功率具有不確定性，這將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)注入諧波電流的不確定，進(jìn)而給能源互聯(lián)網(wǎng)帶來了不確定性諧波潮流的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種結(jié)合云模型和邊界潮流法的能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法，能夠準(zhǔn)確、高效地計(jì)算出電網(wǎng)諧波潮流分布。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法，包括：

獲取能源物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)的電量；

利用逆向云發(fā)生器對(duì)不確定節(jié)點(diǎn)的各輸出功率進(jìn)行建模，得到特征值，所述不確定節(jié)點(diǎn)為輸出功率具有不確定性的dg對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；

依據(jù)所述特征值得到輸出功率的不確定區(qū)間；

對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，得到潮流輸出的中心值；

依據(jù)所述潮流輸出的中心值得到潮流輸出的范圍；

依據(jù)所述范圍內(nèi)的潮流輸出計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電流；

計(jì)算能源物聯(lián)網(wǎng)中除dg外的元器件的諧波參數(shù)；

依據(jù)所述諧波參數(shù)和諧波電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓；

依據(jù)節(jié)點(diǎn)的諧波電壓計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率。

本發(fā)明的有益效果在于：dg的輸出功率近似服從正態(tài)分布，采用逆向云發(fā)生器進(jìn)行建模，充分考慮了樣本方差的波動(dòng)性，特征值中的熵值有依據(jù)地?cái)U(kuò)大了不確定節(jié)點(diǎn)輸出功率的預(yù)測(cè)區(qū)間，其區(qū)間將大于概率法，能預(yù)測(cè)到波動(dòng)較大的樣本的電壓總畸變率的結(jié)果，提高了諧波潮流計(jì)算的準(zhǔn)確性；并且，對(duì)于預(yù)測(cè)區(qū)間內(nèi)的每一輸出功率都只進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，即只進(jìn)行一個(gè)迭代循環(huán)過程，因此大大提高了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖予以說明。

本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于：利用逆向云發(fā)生器對(duì)不確定節(jié)點(diǎn)的各輸出功率進(jìn)行建模，得到特征值；依據(jù)所述特征值得到輸出功率的不確定區(qū)間；對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，得到潮流輸出的中心值，進(jìn)而得到潮流輸出的范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供：

一種能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法，包括：

獲取能源物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)的電量；

利用逆向云發(fā)生器對(duì)不確定節(jié)點(diǎn)的各輸出功率進(jìn)行建模，得到特征值，所述不確定節(jié)點(diǎn)為輸出功率具有不確定性的dg對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；

依據(jù)所述特征值得到輸出功率的不確定區(qū)間；

對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，得到潮流輸出的中心值；

依據(jù)所述潮流輸出的中心值得到潮流輸出的范圍；

依據(jù)所述范圍內(nèi)的潮流輸出計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電流；

計(jì)算能源物聯(lián)網(wǎng)中除dg外的元器件的諧波參數(shù)；

依據(jù)所述諧波參數(shù)和諧波電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓；

依據(jù)節(jié)點(diǎn)的諧波電壓計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率。

從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于：利用云模型的特征值求得節(jié)點(diǎn)功率預(yù)測(cè)范圍；基于所得節(jié)點(diǎn)功率預(yù)測(cè)范圍，結(jié)合邊界潮流法進(jìn)行不確定諧波潮流計(jì)算求出電網(wǎng)諧波潮流分布；相比傳統(tǒng)概率法更準(zhǔn)確，且具有較高的計(jì)算效率。

進(jìn)一步的依據(jù)所述諧波參數(shù)和諧波電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓，具體包括：

依據(jù)所述諧波參數(shù)得到相應(yīng)的導(dǎo)納矩陣；

依據(jù)所述導(dǎo)納矩陣和諧波電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓。

進(jìn)一步的，依據(jù)所述諧波參數(shù)和諧波電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓，具體包括：

分別依據(jù)各次諧波分量對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納矩陣和節(jié)點(diǎn)的電流計(jì)算得到各次諧波分量對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電壓向量；

依據(jù)各次諧波分量對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電壓向量對(duì)應(yīng)的電壓幅值的得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓。

從上述描述可知，根據(jù)元器件在各次諧波下的諧波參數(shù)，求得相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)諧波導(dǎo)納矩陣，再基于該導(dǎo)納矩陣和節(jié)點(diǎn)的諧波電流求解出諧波電壓。

進(jìn)一步的，對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，得到潮流輸出的中心值，具體包括：

將所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率作為輸入變量；

對(duì)每一輸入變量進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算得到潮流輸出的中心值。

進(jìn)一步的，依據(jù)所述潮流輸出的中心值得到潮流輸出的范圍，具體包括：

依據(jù)輸入變量的范圍以及輸入變量與對(duì)應(yīng)的潮流輸出間的敏感系數(shù)計(jì)算得到潮流輸出的變化量；

依據(jù)潮流輸出的中心值和潮流輸出的變化量得到潮流輸出的范圍。

從上述描述可知，對(duì)于每一輸出功率都只進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，即只進(jìn)行一個(gè)迭代循環(huán)過程，減少了運(yùn)算時(shí)間。需要說明的是，本發(fā)明的確定性潮流計(jì)算是指現(xiàn)有技術(shù)中的潮流計(jì)算。

進(jìn)一步的，對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，得到潮流輸出的中心值，具體包括：

對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別依據(jù)公式f(x)＝sn-s(x)＝0采用非線性方程組迭代求解得到潮流輸出的中心值，其中f(x)表示功率偏差，sn為所有節(jié)點(diǎn)的輸出功率構(gòu)成的向量，s(x)為節(jié)點(diǎn)的注入功率和電壓之間的函數(shù)表達(dá)式；x為節(jié)點(diǎn)的電壓。

從上述描述可知，f(x)＝sn-s(x)＝0為電網(wǎng)絡(luò)功率偏差表達(dá)式，sn包括不確定節(jié)點(diǎn)的輸出功率ex，對(duì)該表達(dá)式非線性方程組的求解可采用牛頓-拉夫遜等方法，通過非線性方程組迭代求解，將ex作為輸入變量經(jīng)一次確定性潮流計(jì)算，求得潮流輸出變量中心值z(mì)0，其中z0＝x^(k+1)，表示將x第k+1迭代的結(jié)果賦予z0。

進(jìn)一步的，依據(jù)所述范圍內(nèi)的潮流輸出計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電流，具體包括：

依據(jù)潮流輸出的范圍得到包含基波電流和諧波電流的線電流；

依據(jù)線電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電流。

進(jìn)一步的，所述除dg外的元器件包括發(fā)電機(jī)、輸電線路和負(fù)荷。

進(jìn)一步的，發(fā)電機(jī)的諧波參數(shù)由發(fā)電機(jī)的基波電抗計(jì)算得到；

輸電線路的諧波參數(shù)由輸電線路的基波電阻和輸電線路的基波電抗計(jì)算得到；

負(fù)荷的諧波參數(shù)由負(fù)荷的總功率、負(fù)荷的有功功率和負(fù)荷的無功功率計(jì)算得到。

從上述描述可知，對(duì)不同元器件采用不同的計(jì)算方法得到參數(shù)，作為諧波參數(shù)，符合各元器件的特性。

進(jìn)一步的，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的諧波電壓計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率，具體包括：

依據(jù)節(jié)點(diǎn)的諧波電壓和節(jié)點(diǎn)的諧波電壓的基波幅值得到不確定節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率。

在闡述本發(fā)明實(shí)施例一之前，先簡(jiǎn)單介紹一下逆向云發(fā)生器，逆向云發(fā)生器的功能為：依據(jù)采集到的樣本數(shù)據(jù)，建立云模型，最終計(jì)算出建立的云模型的特征值，特征值包括期望、熵和超熵。

算法具體實(shí)現(xiàn)如下：

1、根據(jù)樣本數(shù)據(jù)xi，求出樣本均值

2、一階樣本絕對(duì)中心矩：

3、樣本方差

4、計(jì)算正態(tài)云的期望

5、熵

6、超熵

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)he太大時(shí)，通?？紤]he＝αen，其中α為控制參數(shù)，一般取0.1。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明的實(shí)施例一為：

一種能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法，包括：

s1：獲取能源物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)的電量；

具體的，測(cè)量能源物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)的電量，多次測(cè)量取得數(shù)據(jù)樣本，其中，電量包括輸出功率等；

s2：利用逆向云發(fā)生器對(duì)不確定節(jié)點(diǎn)的各輸出功率建立云模型，得到云模型的特征值，所述不確定節(jié)點(diǎn)為輸出功率具有不確定性的dg對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；

具體的，首先利用逆向云發(fā)生器對(duì)電網(wǎng)不確定節(jié)點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)xi(即負(fù)荷或輸出功率)進(jìn)行建模，具體公式如(1)-(3)：

由式(1)-(3)可得不確定節(jié)點(diǎn)的輸出功率的模型特征值c(ex,en,he)，其中，為數(shù)據(jù)xi的平均值，n為數(shù)據(jù)xi的總數(shù)量，ex為期望，en為熵，he為超熵；

s3：依據(jù)所述特征值得到輸出功率的不確定區(qū)間；

具體的，利用3δ規(guī)則得到不確定區(qū)間為[ex-3(en+3he),ex+3(en+3he)]；

s4：對(duì)所述不確定區(qū)間內(nèi)的各輸出功率分別進(jìn)行一次確定性潮流計(jì)算，得到潮流輸出的中心值；

具體的，采用牛頓-拉夫遜方法對(duì)電網(wǎng)絡(luò)功率偏差表達(dá)式，即下列公式(4)的非線性方程組進(jìn)行求解，通過非線性方程組迭代求解，將s2求出的ex作為輸入變量經(jīng)一次確定性潮流計(jì)算，求得輸出變量中心值z(mì)0，輸出變量中心值即潮流輸出的中心值，其中z0＝x^(k+1)；

f(x)＝sn-s(x)＝0(4)

式中sn為所有節(jié)點(diǎn)功率構(gòu)成的向量，包括不確定節(jié)點(diǎn)的輸出功率ex；s(x)為節(jié)點(diǎn)注入功率和節(jié)點(diǎn)電壓之間的函數(shù)表達(dá)式；x是節(jié)點(diǎn)電壓；

s5：依據(jù)所述潮流輸出的中心值得到潮流輸出的范圍；

具體的，依據(jù)以下公式(8)-(9)計(jì)算得到潮流輸出的變化量：

z＝z0±δz(8)

式中的z為輸出變量，即潮流輸出；z0為輸出變量的中心值；δz為輸出變量的變化量；

δz不需要重新進(jìn)行潮流計(jì)算，利用輸入變量與輸出變量間敏感系數(shù)即：

式中δf為所有節(jié)點(diǎn)的輸入變量的構(gòu)成的向量，即上述不確定區(qū)間的范圍值，其中僅有不確定節(jié)點(diǎn)為3(en+3he)，其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)為0；為輸入變量與輸出變量間的敏感系數(shù)，可近似為雅克比逆矩陣；

根據(jù)不確定區(qū)間[ex-3(en+3he),ex+3(en+3he)]，能夠快速求解出輸出變量范圍[z-c,zc]，因此，云潮流計(jì)算僅需一次確定性潮流計(jì)算；

s6：依據(jù)所述范圍內(nèi)的潮流輸出計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電流；

由于目前dg并網(wǎng)大多采用電力電子技術(shù)，因此考慮諧波潮流計(jì)算中的諧波源由dg采用電力電子逆變器并網(wǎng)形成，由于]對(duì)三相橋式電流型逆變器分析，認(rèn)為其輸出的線電流i1使用傅里葉級(jí)數(shù)加以展開為如公式(11)所示，

i1中除含有基波外，還含有6k±1等次的諧波量并且k＝1，2，…，即還含有第5，7，11，13…h(huán)…等次的諧波量，各次諧波電流的比例：20％、14.29％、9.09％、7.69％，…1/h…，如公式(12)所示：

ih＝i1/h(12)

因此，s6具體為：依據(jù)潮流輸出的范圍得到包含基波電流和諧波電流的線電流i1，再利用公式(12)計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)注入的諧波電流ih；

s7：計(jì)算能源物聯(lián)網(wǎng)中除dg外的元器件的諧波參數(shù)；

具體的，依據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)中除dg外的元器件的不同特性，得到元器件(如發(fā)電機(jī)、輸電線、負(fù)荷等)在各次諧波下的等效的諧波參數(shù)；具體發(fā)電機(jī)諧波參數(shù)依據(jù)公式(13)計(jì)算得到，輸電線路的諧波參數(shù)依據(jù)公式(14)計(jì)算得到，負(fù)荷的諧波參數(shù)依據(jù)公式(15)計(jì)算得到；公式(13)-(15)如下所示：

xgh＝hxg1(13)

式中xg1為發(fā)電機(jī)的基波電抗，h為諧波次數(shù)，xgh為發(fā)電機(jī)的諧波參數(shù)；

zlh＝r1+hx1(14)

式中r1為輸電線路的基波電阻，x1為輸電線路基波電抗，zlh為輸電線路的諧波參數(shù)；

式中s為負(fù)荷功率，p為負(fù)荷有功功率，q為負(fù)荷無功功率，zs為負(fù)荷的諧波參數(shù)，u為負(fù)荷電壓；

s8：依據(jù)所述諧波參數(shù)得到相應(yīng)的導(dǎo)納矩陣；

具體的，根據(jù)s7計(jì)算出的元器件在各次諧波下的諧波參數(shù)，求得相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)諧波的導(dǎo)納矩陣y(h)；

s9：依據(jù)所述導(dǎo)納矩陣和諧波電流計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的諧波電壓；

具體的，依據(jù)以下公式(16)和公式(17)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的諧波電壓；

式中y(h)為第h次的諧波分量所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)納矩陣，為第h次的諧波分量所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電壓向量，為第h次的諧波分量所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電流向量，uh某節(jié)點(diǎn)諧波電壓總量，uh為第h次的諧波分量所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電壓向量對(duì)應(yīng)的電壓幅值；

s10：依據(jù)節(jié)點(diǎn)的諧波電壓計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率；

具體的，利用公式(18)計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率；

式中u1為節(jié)點(diǎn)諧波電壓的基波幅值，thdu為節(jié)點(diǎn)電壓總諧波畸變率。

綜上所述，本發(fā)明提供的能源互聯(lián)網(wǎng)的諧波潮流計(jì)算的方法，相比現(xiàn)有的概率潮流法、蒙特卡洛法等計(jì)算方法，充分考慮了樣本方差的波動(dòng)性，預(yù)測(cè)到波動(dòng)較大的節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率，準(zhǔn)確的判斷出部分節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率的越限問題，并且只進(jìn)行一次線性迭代過程，計(jì)算效率高。具有波動(dòng)數(shù)據(jù)有更好的包容性，在數(shù)據(jù)波動(dòng)性大且樣本數(shù)量受限的情況下，具有計(jì)算更準(zhǔn)確、有效避免諧波越限造成危害的優(yōu)點(diǎn)；以及在相同的運(yùn)算目的和條件下，具有計(jì)算效率高的優(yōu)勢(shì)。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。