一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?br>【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒ǎ唧w包括以下步驟：步驟S1：測(cè)量公共聯(lián)接點(diǎn)，即PCC點(diǎn)處系統(tǒng)和該處所有用戶(hù)的相關(guān)物理量；步驟S2：計(jì)算PCC點(diǎn)處的諧波畸變功率DH；步驟S3：判斷PCC點(diǎn)處的污染程度；步驟S4：計(jì)算PCC點(diǎn)處各個(gè)用戶(hù)的諧波畸變功率；步驟S5：多次計(jì)算后確定用戶(hù)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。本發(fā)明是目前唯一利用畸變功率量化諧波責(zé)任的專(zhuān)有技術(shù)，避免了現(xiàn)有方法所需諧波阻抗估計(jì)，準(zhǔn)確度更高，可操作性更強(qiáng)，并與智能電網(wǎng)中大量采用的智能電表結(jié)合，更適合工程應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?br>技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡?法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和智能電網(wǎng)的發(fā)展，大量電力電子、電弧爐、沖擊性、間歇性裝置與 負(fù)荷越來(lái)越多地接入系統(tǒng)，電力系統(tǒng)內(nèi)的電流和電壓波形畸變?cè)絹?lái)越嚴(yán)重，由此造成巨大 的諧波污染，已危及電力網(wǎng)和用電設(shè)備自身的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此，諧波問(wèn)題的分析和綜 合治理已成為國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的課題。
[0003] 諧波源是指向電網(wǎng)中注入諧波電流和產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備，通常是指一些非 線(xiàn)性設(shè)備。在公共聯(lián)接點(diǎn)處(PCC點(diǎn)）的諧波測(cè)量值是由該處所有用戶(hù)諧波發(fā)射共同作用的 結(jié)果，通過(guò)量化各個(gè)負(fù)荷的諧波貢獻(xiàn)度，采用經(jīng)濟(jì)手段對(duì)諧波源負(fù)荷進(jìn)行懲罰，對(duì)諧波的受 害者進(jìn)行補(bǔ)償，引導(dǎo)用戶(hù)采取適當(dāng)?shù)耐緩娇刂谱⑷胂到y(tǒng)的諧波電流，是諧波防治的有效措 施。因此，正確識(shí)別諧波源，度量諧波貢獻(xiàn)，進(jìn)行諧波責(zé)任分?jǐn)?，具有重要理論價(jià)值和工程意 義。
[0004] 現(xiàn)有的諧波源識(shí)別主要是基于諧波有功功率方向PH的檢測(cè)，這種方法簡(jiǎn)單方便， 但是只有在非線(xiàn)性負(fù)載足夠大或者其他非線(xiàn)性負(fù)載解耦時(shí)才成立，精度不足。因此，有一些 學(xué)者建議監(jiān)測(cè)諧波無(wú)功功率方向QH。這兩種方法互為補(bǔ)充，采用哪種方法取決于負(fù)荷的電 阻和電抗的平衡。但是在很多情況下，阻抗特征的確定是很難的。
[0005] 現(xiàn)有的諧波責(zé)任分?jǐn)偡椒ㄖ饕譃閮深?lèi):干預(yù)法和非干預(yù)法。干預(yù)法通過(guò)人為產(chǎn) 生擾動(dòng)，非干預(yù)法利用系統(tǒng)自身的諧波源以及可測(cè)量參數(shù)，兩者都是通過(guò)估計(jì)諧波阻抗，進(jìn) 而進(jìn)行諧波貢獻(xiàn)度計(jì)算，明確各個(gè)負(fù)荷的諧波責(zé)任。雖然諧波阻抗的計(jì)算精度通過(guò)各種方 法在不斷改善，但是在實(shí)際工程上，諧波阻抗值是時(shí)變的，要得到精確的諧波阻抗非常困 難，從而導(dǎo)致諧波貢獻(xiàn)度計(jì)算值不完全準(zhǔn)確，并且不易于工程實(shí)現(xiàn)。
[0006] "干預(yù)式"方法主要通過(guò)人為方式產(chǎn)生擾動(dòng)，如向系統(tǒng)注入諧波電流、間諧波電流， 或通過(guò)開(kāi)斷系統(tǒng)某一支路來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗的測(cè)量。通過(guò)這種方法，可以較準(zhǔn)確的計(jì) 算出諧波阻抗，并由此進(jìn)行諧波責(zé)任劃分，但這種擾動(dòng)可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生不 利的影響，因此該類(lèi)方法不能得到廣泛應(yīng)用。
[0007] 非干預(yù)式方法利用系統(tǒng)自身的諧波源以及可測(cè)量參數(shù)等來(lái)估計(jì)諧波阻抗和諧波 電壓，并由此進(jìn)行諧波責(zé)任劃分?，F(xiàn)有的方法主要有:波動(dòng)法，基于被測(cè)電壓波動(dòng)量對(duì)電流 波動(dòng)量比值的符號(hào)特征的理論研究估計(jì)方法，此法對(duì)諧波參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確度要求較高，同 時(shí)還需要測(cè)量值有足夠大的波動(dòng);線(xiàn)性回歸法，在戴維南等值電路中通過(guò)測(cè)量值(復(fù)數(shù)）的 實(shí)部、虛部構(gòu)造方程，估計(jì)諧波阻抗，此法需要系統(tǒng)較為穩(wěn)定，但是由于負(fù)荷、電網(wǎng)參數(shù)以及 系統(tǒng)運(yùn)行方式的不斷變化，計(jì)算方法仍然不太成熟。
[0008] 實(shí)際應(yīng)用中，常用諧波有功功率的方向、大小用于識(shí)別諧波源和量化諧波污染。認(rèn) 為如果是線(xiàn)性負(fù)載，ΡΗ>0;如果負(fù)載非線(xiàn)性的而且產(chǎn)生諧波能量，那么ΡΗ〈0。實(shí)際上，這種方 法只有在非線(xiàn)性負(fù)載足夠大或者其他非線(xiàn)性負(fù)載解耦時(shí)才成立，已有學(xué)者仿真論證，在幾 種實(shí)際情況下，該方法不是100%準(zhǔn)確。
[0009] 采用以上方法的缺點(diǎn)如下：（1)主要基于圍繞諧波電流和諧波阻抗，但要得到精確 的諧波阻抗非常困難；（2) "干預(yù)法"進(jìn)行諧波責(zé)任分?jǐn)?，人為產(chǎn)生的擾動(dòng)可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng) 正常運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響；（3) "非干預(yù)法"中估計(jì)諧波阻抗的計(jì)算方法比較復(fù)雜，且諧波阻 抗估計(jì)精度不高；（4)現(xiàn)有技術(shù)均未從電磁功率流的角度，考慮畸變功率，更沒(méi)有基于電量 采集或計(jì)量裝置，工程應(yīng)用困難。
[0010] 諧波源識(shí)別、諧波責(zé)任分?jǐn)偡椒ㄒ恢倍贾换谥C波電壓、諧波電流、諧波阻抗，而 電力系統(tǒng)的本質(zhì)在于電能量的轉(zhuǎn)換和傳輸，而其中的電能量主要是電功率和電功率對(duì)時(shí)間 的積分（電量），所以基于功率的理念進(jìn)行諧波貢獻(xiàn)度量化、諧波責(zé)任分?jǐn)偩哂姓_性和可 行性。
[0011] 因此，基于畸變功率及其各分量的定義，結(jié)合在智能電網(wǎng)中廣泛使用的智能電表， 計(jì)算公共聯(lián)接點(diǎn)（PCC)的各個(gè)用戶(hù)的畸變功率，進(jìn)而計(jì)算其諧波貢獻(xiàn)度，進(jìn)行諧波責(zé)任分 攤，是本專(zhuān)利的核心內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡?法，基于電磁功率流的物質(zhì)本質(zhì)，利用可測(cè)量得到的畸變功率，結(jié)合現(xiàn)有電量采集裝置和智 能電表可實(shí)現(xiàn)的功能，基于IEEE Std. 1459-2010定義的畸變功率概念。避免現(xiàn)有方法所需 諧波阻抗估計(jì)，克服現(xiàn)有方法依賴(lài)于精確諧波阻抗的缺陷，并從功率流的角度，科學(xué)解釋各 諧波源的責(zé)任。
[0013] 本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒ǎ?體包括以下步驟：
[0014] 步驟S1:測(cè)量公共聯(lián)接點(diǎn)，即PCC點(diǎn)處系統(tǒng)和該處所有用戶(hù)的相關(guān)物理量；
[0015]步驟S2:計(jì)算PCC點(diǎn)處的諧波畸變功率Dh;
[0016]步驟S3:判斷PCC點(diǎn)處的污染程度；
[0017]步驟S4:計(jì)算PCC點(diǎn)處各個(gè)用戶(hù)的諧波畸變功率；
[0018] 步驟S5:多次計(jì)算后確定用戶(hù)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟S1中，利用智能電表與濾波裝置測(cè)量所需的物理量，所述物理 量包括電流有效值IRMS、電壓有效值Urms、視在功率S、全波有功功率P、基波有功功率Pi、基波 無(wú)功功率&、基波視在功率Si。
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟S2中，采用IEEE Std 1459-2014提出的畸變功率Dh定義：
[0022]式中：
[0023] 電流畸變率THDi為：
[0025] 電壓畸變率THDv為：
[0027]進(jìn)一步地，所述步驟S3中，判斷Dh與η之間的大小關(guān)系;若PCC點(diǎn)處的Dh小于n，則該 PCC點(diǎn)處諧波污染較輕，無(wú)需追究各個(gè)用戶(hù)的諧波污染責(zé)任，結(jié)束計(jì)算;若PCC點(diǎn)處的Dh大于 η，則該pcc點(diǎn)處諧波污染較嚴(yán)重，量化各個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn)度。
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟S4中，如果PCC點(diǎn)處的Dh大于II，進(jìn)一步對(duì)用戶(hù)側(cè)各個(gè)用戶(hù)計(jì)算 諧波畸變功率，對(duì)各個(gè)負(fù)荷采用公式
計(jì)算諧波功率DHi;由DHi大 小判斷負(fù)荷是否為諧波源，如果DHl很小，則該負(fù)荷i非諧波源;反之為諧波源，對(duì)其進(jìn)行諧波 責(zé)任分?jǐn)偂?br>[0029]進(jìn)一步地，所述步驟S5中，對(duì)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行責(zé)任分?jǐn)倳r(shí)，將第m個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn) 度定義為：
[0031 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0032] (1)提出從畸變功率出發(fā)，為研究諧波責(zé)任分?jǐn)偟戎C波問(wèn)題提供新思路:現(xiàn)有的諧 波責(zé)任分?jǐn)偡椒ǘ际腔谥C波電流和諧波阻抗，"干預(yù)"法和"非干預(yù)法"均是為了測(cè)量諧波 阻抗，大多數(shù)研究致力于不斷地提高測(cè)量諧波阻抗的精度，但是要精確的測(cè)量諧波阻抗依 舊非常困難。本發(fā)明專(zhuān)利避免了測(cè)量諧波阻抗，基于畸變功率出發(fā)，從功率流的內(nèi)在機(jī)制出 發(fā)，物理意義明確，能客觀、準(zhǔn)確地反映各擾動(dòng)源的諧波貢獻(xiàn)度，為研究諧波責(zé)任分?jǐn)偟葐?wèn) 題提供新思路。
[0033] (2)為協(xié)調(diào)供用電雙方矛盾、提高供電質(zhì)量提供依據(jù):如果分清了諧波污染中各個(gè) 用戶(hù)的責(zé)任，合理地進(jìn)行諧波分?jǐn)?，由諧波問(wèn)題造成的供電公司和用戶(hù)之間的矛盾就可以 迎刃而解，并有利于提高用戶(hù)的用電質(zhì)量和供電公司的服務(wù)水平。
[0034] (3)根據(jù)諧波貢獻(xiàn)度，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行獎(jiǎng)懲，有利于諧波防治:在公共聯(lián)接點(diǎn)處(PCC點(diǎn)） 的諧波測(cè)量值是由該處所有用戶(hù)諧波發(fā)射共同作用的結(jié)果，通過(guò)量化各個(gè)負(fù)荷的諧波貢獻(xiàn) 度，采用經(jīng)濟(jì)手段對(duì)諧波源負(fù)荷進(jìn)行懲罰，對(duì)諧波的受害者進(jìn)行補(bǔ)償，引導(dǎo)用戶(hù)采取適當(dāng)?shù)?途徑控制注入系統(tǒng)的諧波電流，是諧波防治的有效措施。根據(jù)本發(fā)明專(zhuān)利的方法，可以準(zhǔn)確 的量化PCC點(diǎn)處各個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn)度，為諧波治理、諧波防治提供依據(jù)。
[0035] (4)提出的方法可與智能電表結(jié)合，可操作性強(qiáng)，為計(jì)量和檢測(cè)裝置的更新?lián)Q代提 供新方向，提高其經(jīng)濟(jì)效益:提出的方法不需要對(duì)電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)諧波阻抗進(jìn)行估計(jì)，可操 作性更強(qiáng)，可與智能電網(wǎng)中大量采用的智能電表結(jié)合，更適合工程應(yīng)用。只需對(duì)現(xiàn)有計(jì)量和 檢測(cè)裝置進(jìn)行小的更新，便可實(shí)現(xiàn)諧波源識(shí)別和諧波責(zé)任劃分，提高智能電表等裝置的經(jīng) 濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1是本發(fā)明的同軸電纜的坡印廷矢量圖。
[0037] 圖2是本發(fā)明的含背景諧波的電網(wǎng)給線(xiàn)性負(fù)荷供電示意圖。
[0038] 圖3是本發(fā)明的線(xiàn)性負(fù)荷坡印廷矢量瞬時(shí)功率流示意圖。
[0039] 圖4(a)是本發(fā)明的背景諧波電壓供電非線(xiàn)性負(fù)荷的基本電路圖。圖4(b)是本發(fā)明 的圖4(a)的等效電路圖。
[0040] 圖5是本發(fā)明的非線(xiàn)性負(fù)荷坡印廷矢量瞬時(shí)功率流示意圖。
[0041] 圖6是本發(fā)明的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偭鞒虉D。
[0042] 圖7是本發(fā)明的多諧波源仿真電路圖。
[0043] 圖8是本發(fā)明的負(fù)荷諧波畸變功率變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0045] 本實(shí)施例提供一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?，如圖6所示，具體 包括以下步驟：
[0046] 步驟S1:測(cè)量公共聯(lián)接點(diǎn)，即PCC點(diǎn)處系統(tǒng)和該處所有用戶(hù)的相關(guān)物理量；
[0047]步驟S2:計(jì)算PCC點(diǎn)處的諧波畸變功率Dh;
[0048]步驟S3:判斷PCC點(diǎn)處的污染程度；
[0049]步驟S4:計(jì)算PCC點(diǎn)處各個(gè)用戶(hù)的諧波畸變功率；
[0050] 步驟S5:多次計(jì)算后確定用戶(hù)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。
[0051]在本實(shí)施例中，所述步驟S1中，利用智能電表與濾波裝置測(cè)量所需的物理量，所述 物理量包括電流有效值Irms、電壓有效值Urms、視在功率S、全波有功功率P、基波有功功率Pi、 基波無(wú)功功率Qi、基波視在功率Si。
[0052] 在本實(shí)施例中，所述步驟S2中，采用IEEE Std 1459-2014提出的畸變功率Dh定義：
[0054] 式中：
[0055] 電流畸變率THDi為：
[0057] 電壓畸變率THDv為：
[0059]在本實(shí)施例中，所述步驟S3中，判斷Dh與η之間的大小關(guān)系;若PCC點(diǎn)處的Dh小于n， 則該P(yáng)CC點(diǎn)處諧波污染較輕，無(wú)需追究各個(gè)用戶(hù)的諧波污染責(zé)任，結(jié)束計(jì)算;若PCC點(diǎn)處的Dh 大于η，則該P(yáng)CC點(diǎn)處諧波污染較嚴(yán)重，量化各個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn)度。
[0060] 在本實(shí)施例中，所述步驟S4中，如果PCC點(diǎn)處的Dh大于n，進(jìn)一步對(duì)用戶(hù)側(cè)各個(gè)用戶(hù) 計(jì)算諧波畸變功率，對(duì)各個(gè)負(fù)荷采用公式
計(jì)算諧波功率DHi;由 DHl大小判斷負(fù)荷是否為諧波源，如果DHl很小，則該負(fù)荷i非諧波源；反之為諧波源，對(duì)其進(jìn) 行諧波責(zé)任分?jǐn)偂?br>[0061] 在本實(shí)施例中，所述步驟S5中，對(duì)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行責(zé)任分?jǐn)倳r(shí)，將第m個(gè)用戶(hù)的諧波 貢獻(xiàn)度定義為：
[0063] 在本實(shí)施例中，所述步驟S1中采用的現(xiàn)有電量采集裝置或新型智能電表是基于智 能電網(wǎng)而存在，由電子集成電路組成，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程交互的智能終端設(shè)備，具有數(shù)字采樣、 CPU分析、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、安全等級(jí)高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為智能電網(wǎng)智能化終端的代表。根 據(jù)《GDW 1354_2013智能電能表功能規(guī)范》，智能電表可以計(jì)量電流有效值Irms、電壓有效值 Urms、視在功率S、全波有功功率P、全波有功功率Q等，只需對(duì)智能電表所采集的信號(hào)加濾波 裝置，便可計(jì)算得到基波量，包括:基波電流11、基波電壓山、視在功率Si、有功功率Pi、全波 有功功率&。根據(jù)《DL_T_645-2007多功能電能表通信協(xié)議》，智能電表可以通過(guò)通信通道將 數(shù)據(jù)傳入電網(wǎng)管理處，電網(wǎng)管理系統(tǒng)可以根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照公式（1)、（2)、（3)、（4)計(jì)算得 到電壓畸變率THDI、電流畸變率THDV、畸變功率Dh、諧波貢獻(xiàn)度HRm，從而得到各個(gè)用戶(hù)的諧 波貢獻(xiàn)度。因此，該諧波源識(shí)別與責(zé)任分?jǐn)偡椒?，可與智能電網(wǎng)中廣泛使用的智能電表和電 量采集裝置相結(jié)合，充分體現(xiàn)其可操作性，具有工程意義。
[0064] 在本實(shí)施例中，電網(wǎng)中諧波源與非諧波源的畸變功率有明顯區(qū)別。經(jīng)過(guò)線(xiàn)性負(fù)荷 的諧波電流是本次諧波電壓的線(xiàn)性函數(shù)，流經(jīng)非線(xiàn)性負(fù)荷的諧波電流是各次諧波電壓的復(fù) 雜函數(shù)。當(dāng)供電網(wǎng)內(nèi)含有背景諧波，負(fù)荷為線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，諧波電壓和電流變化很小，畸變功 率Dh變化也很??；負(fù)荷為非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷側(cè)諧波(尤其是諧波電流)變化劇烈，必然導(dǎo)致 畸變功率Dh發(fā)生明顯變化。因此，識(shí)別諧波源，畸變功率是關(guān)鍵因素之一。
[0065] 在本實(shí)施例中，用坡印廷矢量分析導(dǎo)體內(nèi)的功率傳遞，能給出清晰的物理解釋。坡 印亭矢量定義為描述空間任何一點(diǎn)能量密度的流動(dòng)率，表征了單位面積、單位時(shí)間內(nèi)流入 或流出的電磁能。電磁能通量沿導(dǎo)體傳播時(shí)的流動(dòng)密度(功率密度)可用坡印廷矢量量化。 電流在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)E和磁場(chǎng)Η，功率從電網(wǎng)側(cè)沿導(dǎo)體傳遞到負(fù)荷側(cè)。以同軸電纜為例，如 圖1所示，兩端電壓為V，導(dǎo)體內(nèi)電流為i，半徑為a、b、c，導(dǎo)體內(nèi)電解質(zhì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的坡 印廷矢量為：
[0067]坡印廷矢量穿過(guò)導(dǎo)體橫截面Ji(b2-a2)的電磁功率為：
[0069] 可見(jiàn)，用坡印廷矢量分析導(dǎo)體內(nèi)的功率傳遞，能給出清晰的物理解釋。
[0070] 在本實(shí)施例中，如圖2、圖3、圖4、圖5所示，分別分析電網(wǎng)含背景諧波，對(duì)線(xiàn)性負(fù)荷 和對(duì)非線(xiàn)性負(fù)荷充電時(shí)的功率流，得出畸變功率的分量表示。
[0071] 其中，圖2和圖3表示含背景諧波的電網(wǎng)給線(xiàn)性負(fù)荷供電時(shí)，利用坡印亭矢量分析 瞬時(shí)功率。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)含有背景諧波，負(fù)荷為線(xiàn)性負(fù)荷RL時(shí)，電網(wǎng)側(cè)電壓如式(5)，原理如圖2 所示。
[0075]電網(wǎng)側(cè)電壓vs可分解為基波分量vsi和諧波分量vsh，并進(jìn)一步分解為與電流同相和 正交的兩個(gè)分量：
[0078] 此時(shí)，坡印廷矢量瞬時(shí)功率流如圖3,其中，對(duì)應(yīng)于基波視在功率Si，而 VqliH、VqHil、VqHiH是對(duì)應(yīng)于電壓、電流和畸變功率Di、Dv和Dh的瞬時(shí)功率。
[0079]由基爾霍夫電壓定律可得：
[0082]諧波電流iH引起的瞬時(shí)功率為：
[0084] Rimin定義為二階本征功率（intrinsic power ofthe second-order)，均值為零， 總會(huì)伴隨諧波有功功率存在，不會(huì)引起電網(wǎng)內(nèi)功率損耗。
[0085] RL吸收的畸變功率Dh瞬時(shí)分量為：
[0087]圖4和圖5為含背景諧波的電網(wǎng)給非線(xiàn)性負(fù)荷供電時(shí)，利用坡印亭矢量分析瞬時(shí)功 率。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)含背景諧波，負(fù)荷為非線(xiàn)性負(fù)荷NL時(shí)，基本原理和等效電路如圖4(a)和圖4 (b)，NL的坡印廷矢量瞬時(shí)功率流如圖5所示。
[0088] Rs和Ls為電網(wǎng)的等效參數(shù)，電網(wǎng)側(cè)電壓如式(5)。
[0089] 此時(shí)，流經(jīng)NL的電流為：
[0099] 諧波電流引起的瞬時(shí)功率為：
[0100] (vsh-vh)i 'H=vsHi 'h-vhi 'h (17)
[0101 ]其中，式(24)右側(cè)的第二項(xiàng)為NL諧波電壓和電流引起的瞬時(shí)功率，即諧波視在功 率：
[0104]式中，第一項(xiàng)為VsH與i 'η引起諧波視在功率SH瞬時(shí)分量;第二項(xiàng)為諧波有功功率和 mn次二階本征功率的一部分;最后一項(xiàng)為L(zhǎng)s與vsh和vh之間的功率振蕩。
[0105] NL的畸變功率Dh瞬時(shí)分量為：
[0107]式中，第一項(xiàng)刻畫(huà)背景諧波電壓與諧波電流的相互作用；第二項(xiàng)是電網(wǎng)等效參數(shù) 吸收的諧波畸變功率。
[0108]由于非線(xiàn)性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流遠(yuǎn)大于線(xiàn)性負(fù)荷引起的諧波電流，比較式（12)和 式（19)，由于非線(xiàn)性負(fù)荷諧波電流i 'h大于線(xiàn)性負(fù)荷諧波電流ih，因此，非線(xiàn)性負(fù)荷畸變功率 PDHNL大于線(xiàn)性負(fù)荷畸變PDHRL，該方法提出用畸變功率度量各個(gè)諧波源的諧波貢獻(xiàn)的技術(shù)。
[01 09]在對(duì)實(shí)際電網(wǎng)內(nèi)各擾動(dòng)源負(fù)荷諧波貢獻(xiàn)度進(jìn)行量化時(shí)，不失一般性，諧波電壓和 諧波電流的測(cè)量滿(mǎn)足IEEE Std 1159-2009標(biāo)準(zhǔn)，以各擾動(dòng)源負(fù)荷的一個(gè)生產(chǎn)周期（一般為 24小時(shí)），具體可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷性質(zhì)或考核目標(biāo)需求確定)為考核周期，諧波電壓和諧波電 流均按現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)取95 %概率值，然后計(jì)算諧波源的諧波貢獻(xiàn)度。
[0110] 在本實(shí)施例中，采用實(shí)例分析說(shuō)明諧波源識(shí)別和諧波貢獻(xiàn)度量化的具體流程和方 法的準(zhǔn)確性，分別從理論模型、物理模型兩方面論證。
[0111] 理論模型：
[0112] 以一個(gè)帶多諧波源的電網(wǎng)模型進(jìn)行仿真分析，常見(jiàn)接入電網(wǎng)的非線(xiàn)性負(fù)荷主要 有：電子控制裝置、晶閘管控制設(shè)備等，這些負(fù)荷通常為典型的諧波源。為不失一般性，對(duì)圖 7所示電網(wǎng)進(jìn)行仿真，其中，L1為純電阻性負(fù)荷;L2為補(bǔ)償無(wú)功和濾除電網(wǎng)內(nèi)諧波的無(wú)源濾 波器;L3為晶閘管控制電抗(TCR)型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC);L4為橋式整流負(fù)荷;L5為PWM 整流負(fù)荷;L6為晶閘管控制直流調(diào)速器負(fù)荷。
[0113] 電網(wǎng)側(cè)的背景諧波電壓如表1，基波額定電壓220V，基頻50Hz。
[0114] 表1電網(wǎng)側(cè)背景諧波電壓
[0116] (1)在PCC點(diǎn)處仿真計(jì)算各個(gè)物理量，包括：電流有效值Irms、電壓有效值Urms、視在 功率S、基波有功功率Pi、全波有功功率P、無(wú)功功率Q，此例子中的測(cè)量值如表2;
[0117] (2)在PCC點(diǎn)測(cè)量計(jì)算諧波諧波畸變功率Dh，根據(jù)式1和表3，計(jì)算得到PCC點(diǎn)出的Dh = 205.85，分析得出此處的諧波污染較嚴(yán)重，需要對(duì)量化各個(gè)負(fù)荷的諧波貢獻(xiàn)度，對(duì)其進(jìn)行 諧波責(zé)任追究；
[0118] (3)進(jìn)一步對(duì)用戶(hù)側(cè)各個(gè)用戶(hù)測(cè)量計(jì)算諧波畸變功率，對(duì)各個(gè)負(fù)荷按照式1計(jì)算諧 波功率DHi，計(jì)算結(jié)果如表3，
[0119] (4)對(duì)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行責(zé)任分?jǐn)?，按?計(jì)算各個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn)度，計(jì)算結(jié)果如表 3〇
[0120] 表2仿真結(jié)果
[0122]表3各支路諧波功率及諧波貢獻(xiàn)度
[0124] 由表3可見(jiàn)，L2為無(wú)源濾波器，能抑制了諧波，在視在功率相差不大的情況下，L2的 尹氏畸變功率Dh明顯小于L1，可以合理解釋濾波器的諧波抑制作用，正確反映了實(shí)際物理 機(jī)制，且能有效識(shí)別13兒4兒5兒6等負(fù)荷的諧波貢獻(xiàn)度。這些結(jié)果與理論分析完全一致，證 明了方法的正確性。
[0125] 物理模型：
[0126] 在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，利用熱水器、電腦、制冷空調(diào)、制熱空調(diào)作非線(xiàn)性負(fù)荷，進(jìn)行物理 模型驗(yàn)證。諧波電壓和諧波電流的測(cè)量遵循IEEE Std 1159-2009，測(cè)量結(jié)果結(jié)果經(jīng)MATLAB 處理后計(jì)算被測(cè)對(duì)象的諧波貢獻(xiàn)度，各被測(cè)對(duì)象的畸變功率隨時(shí)間的變化如圖8,測(cè)量周期 內(nèi)的畸變功率平均值如表4。
[0127] 表4實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果
[0129] 由圖8和表4可見(jiàn)，實(shí)測(cè)結(jié)果與實(shí)際物理現(xiàn)象一致。
[0130] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒ǎ涮卣髟谟?具體包括以下步驟： 步驟S1:測(cè)量公共聯(lián)接點(diǎn)，即PCC點(diǎn)處系統(tǒng)和該處所有用戶(hù)的相關(guān)物理量； 步驟S2:計(jì)算PCC點(diǎn)處的諧波畸變功率Dh ; 步驟S3:判斷PCC點(diǎn)處的污染程度； 步驟S4:計(jì)算PCC點(diǎn)處各個(gè)用戶(hù)的諧波畸變功率； 步驟S5:多次計(jì)算后確定用戶(hù)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?，其特征?于:所述步驟S1中，利用智能電表與濾波裝置測(cè)量所需的物理量，所述物理量包括電流有效 值1_、電壓有效值Urms、視在功率S、全波有功功率P、基波有功功率Pi、基波無(wú)功功率&、基波 視在功率Si。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?，其特征?于:所述步驟S2中，采用IEEE Std 1459-2014提出的畸變功率Dh定義：(1) 式中： 電流畸變率THD〗*:(2) 電壓畸變率THDv為：⑶4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?，其特征?于:所述步驟S3中，判斷Dh與η之間的大小關(guān)系;若PCC點(diǎn)處的Dh小于η，則該P(yáng)CC點(diǎn)處諧波污染 較輕，無(wú)需追究各個(gè)用戶(hù)的諧波污染責(zé)任，結(jié)束計(jì)算;若PCC點(diǎn)處的Dh大于II，則該P(yáng)CC點(diǎn)處諧 波污染較嚴(yán)重，量化各個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn)度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒ǎ涮卣髟?于:所述步驟S4中，如果PCC點(diǎn)處的Dh大于II，進(jìn)一步對(duì)用戶(hù)側(cè)各個(gè)用戶(hù)計(jì)算諧波畸變功率， 對(duì)各個(gè)負(fù)荷采用公式計(jì)算諧波功率DHl;由0(]1大小判斷負(fù)荷是 否為諧波源，如果DHl很小，則該負(fù)荷i非諧波源;反之為諧波源，對(duì)其進(jìn)行諧波責(zé)任分?jǐn)偂?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于畸變功率的諧波源識(shí)別和責(zé)任分?jǐn)偡椒?，其特征?于:所述步驟S5中，對(duì)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行責(zé)任分?jǐn)倳r(shí)，將第m個(gè)用戶(hù)的諧波貢獻(xiàn)度定義為：⑷ 〇
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK105866585SQ201610248382
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】張逸, 肖先勇, 徐雙婷, 林焱, 黃道姍, 劉文亮, 熊軍
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門(mén)供電公司, 四川大學(xué)