本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)諧波分析領(lǐng)域，特別涉及基于不確定數(shù)學(xué)理論的電力系統(tǒng)三相不平衡諧波分布計(jì)算方法。

技術(shù)背景

隨著電力市場的出現(xiàn)以及分布式電源的接入，在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中會存在大量的不確定因素，如分布式電源出力的不確定性、變動負(fù)荷的不確定性、電力原件模型參數(shù)的不確定性等，這些因素都會對系統(tǒng)的諧波水平造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致諧波分布具有不確定性，傳統(tǒng)的確定性諧波分布計(jì)算方法在對具有不確定性信息的系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算時，表現(xiàn)出一定的局限性。不確定諧波分布計(jì)算在電力系統(tǒng)的諧波水平評估中已有了一些應(yīng)用，但由于問題本身難度較大，它一直是諧波分布計(jì)算中的一個難點(diǎn)。

目前針對不確定諧波分布的計(jì)算主要包括概率諧波分布方法和模糊諧波分布方法。對于具備統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的隨機(jī)信息，可以用概率的理論來表示負(fù)荷的不確定性；對于不具備統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的不確定因素，則可以采用模糊數(shù)學(xué)的方法來處理。但這些詳細(xì)的信息并不容易獲得，對于負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果不精確但在一定范圍內(nèi)準(zhǔn)確時，采用區(qū)間數(shù)學(xué)來求解非常適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供諧波分布分析過程中對不確定信息的處理方法，在諧波源詳細(xì)的概率分布無法獲得的情況下，能以區(qū)間表征節(jié)點(diǎn)諧波的水平，提供基于不確定性數(shù)學(xué)理論的三相不平衡諧波分布計(jì)算方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種考慮不確定性和三相不平衡的電力系統(tǒng)諧波潮流算法，包括下列步驟：

(1)選擇諧波次數(shù)h；

(2)根據(jù)基波計(jì)算結(jié)果，計(jì)算非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)所接諧波源注入系統(tǒng)的第h次諧波電流值

(3)計(jì)及諧波影響，建立系統(tǒng)元件包括各線路及變壓器等的第h次諧波模型；

(4)初始化各節(jié)點(diǎn)諧波電壓與相角；

(5)將迭代次數(shù)k置零，k＝0；

(6)計(jì)算各線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的等效注入諧波電流向值：

式中：是線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的第h次諧波電壓第k次迭代的值；

是線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的第h次諧波等效阻抗；

(7)從末節(jié)點(diǎn)開始，通過對支路諧波電流的求和計(jì)算，獲得各條支路每相的諧波電流值：

式中：是節(jié)點(diǎn)j-1到節(jié)點(diǎn)j第i相的諧波線路電流值；

是節(jié)點(diǎn)j第i相的諧波注入電流值；

ωj是節(jié)點(diǎn)j所連支路的集合；

(8)從饋線始端至饋線末端依次計(jì)算節(jié)點(diǎn)諧波電壓值：

式中：是節(jié)點(diǎn)j的諧波電壓值矩陣；

是節(jié)點(diǎn)j-1諧波電壓值矩陣；

是節(jié)點(diǎn)j-1到節(jié)點(diǎn)j的線路阻抗矩陣；

(9)判斷終止，若滿足迭代誤差要求則停止，否則返回(6)繼續(xù)迭代，k＝k+1，迭代終止判據(jù)為各節(jié)點(diǎn)每相的諧波電壓相對于上一次迭代的數(shù)值偏差小于允許值ε：

(10)判斷諧波計(jì)算是否結(jié)束，若未結(jié)束則返回(1)繼續(xù)選擇諧波次數(shù)，否則，執(zhí)行下一步；

(11)根據(jù)所獲基波電壓值以及各次諧波電壓的值求取各節(jié)點(diǎn)各相諧波電壓畸變率：

式中：是節(jié)點(diǎn)j第i相的電壓諧波畸變率；

是節(jié)點(diǎn)j處第i相基波電壓值；

是節(jié)點(diǎn)j處第i相的第h次諧波電壓值。

其中步驟(2)可以如下：

1)將節(jié)點(diǎn)注入功率統(tǒng)一表示成不確定量的形式：

式中為節(jié)點(diǎn)j第i相負(fù)荷值，i＝a,b,c；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的額定功率；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的噪聲元；

為噪聲元系數(shù)；

2)經(jīng)三相基波潮流算法，求得各節(jié)點(diǎn)電壓值進(jìn)而求取非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值：

式中為節(jié)點(diǎn)j第i相的注入電流值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的電壓值；

3)根據(jù)基波電流值和諧波源典型頻譜，求取各次諧波電流的幅值和相角，得到諧波源的恒流源不確定性模型：

式中i1-spectrum為基波電流幅值；

ih-spectrum為第h次諧波電流幅值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的基波電流相角值；

θ1-spectrum為基波相角值；

θh-spectrum為第h次諧波相角值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相第h次諧波電流的相角值；

|·|為模值求取運(yùn)算。

本發(fā)明利用區(qū)間數(shù)學(xué)，在穩(wěn)態(tài)條件下，計(jì)及負(fù)荷的不確定性，以區(qū)間來表示諧波分布情況，獲得配網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)諧波電壓的波動范圍，方便對非測量點(diǎn)的諧波水平進(jìn)行合理估計(jì)，建立基于不確定性數(shù)學(xué)理論的三相不平衡諧波分布計(jì)算方法，為治理配網(wǎng)電能質(zhì)量問題提供合理的依據(jù)。

附圖說明

圖1基于不確定性數(shù)學(xué)理論的三相不平衡電力系統(tǒng)諧波分布計(jì)算流程圖。

圖233節(jié)點(diǎn)算例接線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的考慮不確定性和三相不平衡的電力系統(tǒng)諧波潮流算法具體步驟如下

1.根據(jù)需求獲取基波潮流計(jì)算的結(jié)果；

2.選擇諧波次數(shù)h；

3.根據(jù)基波計(jì)算結(jié)果，結(jié)合測量、仿真、典型頻譜等方式，計(jì)算非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)所接諧波源注入系統(tǒng)的第h次諧波電流值方法如下：

1)將節(jié)點(diǎn)注入功率統(tǒng)一表示成不確定量的形式：

式中為節(jié)點(diǎn)j第i相負(fù)荷值，i＝a,b,c；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的額定功率；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的噪聲元；

為噪聲元系數(shù)；

2)經(jīng)三相基波潮流算法，求得各節(jié)點(diǎn)電壓值進(jìn)而求取非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值：

式中為節(jié)點(diǎn)j第i相的注入電流值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的電壓值；

3)根據(jù)基波電流值和諧波源典型頻譜，求取各次諧波電流的幅值和相角，得到諧波源的恒流源不確定性模型：

式中i1-spectrum為基波電流幅值；

ih-spectrum為第h次諧波電流幅值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的基波電流相角值；

θ1-spectrum為基波相角值；

θh-spectrum為第h次諧波相角值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相第h次諧波電流的相角值；

|·|為模值求取運(yùn)算；

4.計(jì)及諧波影響，更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，建立系統(tǒng)元件包括各線路及變壓器等的第h次諧波模型；

5.初始化各節(jié)點(diǎn)每相第h次諧波電壓的幅值和相角；

6.將迭代次數(shù)k置零，k＝0；

7.計(jì)算線性負(fù)荷的等效注入諧波電流值：

式中：是線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的第h次諧波電壓第k次迭代的值；

是線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的第h次諧波等效阻抗；

8.從末節(jié)點(diǎn)開始，通過對支路諧波電流的求和計(jì)算，獲得各條支路每相的始端諧波電流值：

式中：是節(jié)點(diǎn)j-1到節(jié)點(diǎn)j第i相的諧波線路電流值；

是節(jié)點(diǎn)j第i相的諧波注入電流值；

ωj是節(jié)點(diǎn)j所連支路的集合；

9.從饋線始端至饋線末端依次計(jì)算節(jié)點(diǎn)諧波電壓值：

式中：是節(jié)點(diǎn)j的諧波電壓值矩陣；

是節(jié)點(diǎn)j-1諧波電壓值矩陣；

是節(jié)點(diǎn)j-1到節(jié)點(diǎn)j的線路阻抗矩陣；

10.判斷終止，若滿足迭代誤差要求則停止，否則返回7繼續(xù)迭代，k＝k+1。迭代終止判據(jù)為各節(jié)點(diǎn)每相的諧波電壓相對于上一次迭代的數(shù)值偏差小于允許值：

11.判斷諧波計(jì)算是否結(jié)束，若結(jié)束則繼續(xù)計(jì)算thd(％)，否則返回(2)繼續(xù)選擇諧波次數(shù)；

12.計(jì)算諧波畸變率，根據(jù)所獲基波電壓復(fù)仿射值以及各次諧波電壓的復(fù)仿射值求取各節(jié)點(diǎn)各相諧波電壓畸變率：

式中：是節(jié)點(diǎn)j第i相的電壓諧波畸變率值；

是節(jié)點(diǎn)j處第i相基波電壓值；

是節(jié)點(diǎn)j處第i相的第h次諧波電壓值。

13.輸出計(jì)算結(jié)果。

以某33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為例進(jìn)一步說明本發(fā)明，表1給出算例中接入的兩種諧波源電流頻譜，表2為此算例非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)信息，系統(tǒng)其它數(shù)據(jù)與33節(jié)點(diǎn)算例相同，不再贅述。本發(fā)明采用有名值進(jìn)行計(jì)算(誤差精度為0.01)，輸出的結(jié)果以有名值的形式表示。

表3為33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)三相不平衡諧波分布各節(jié)點(diǎn)各相thd(％)的計(jì)算結(jié)果。

表1

表2

表3

計(jì)算結(jié)果表明，本發(fā)明提出的基于不確定性理論的三相不平衡諧波分布計(jì)算方法能夠獲得系統(tǒng)不確定諧波分布的區(qū)間解，解決了確定性諧波分布不能解決的問題。