一種綜合負荷的等效建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種綜合負荷的等效建模方法，包括：根據(jù)實際電路中的物理現(xiàn)象分析綜合負荷應需反映的各種功率特性，確定不同特性功率對應的電氣元件種類，其次建立綜合負荷的等效模型拓撲，最后給出了一種各電氣元件參數(shù)的數(shù)學推導公式。本發(fā)明提出的綜合負荷的等效建模方法，以實際電路的物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)，各功率分量與之一一對應，所建立的等效模型物理概念明確，能夠準確地描述電路特性，可有效的解決面向負荷的電能質(zhì)量分析問題。
【專利說明】
一種綜合負荷的等效建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明涉及電能質(zhì)量分析領(lǐng)域，更具體涉及一種綜合負荷的等效建模方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 現(xiàn)代社會中，工業(yè)技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，用電負荷為了獲得最佳的用電效率， 對電能形態(tài)提出了新的要求；電能質(zhì)量需要實現(xiàn)快速實時控制，以提高輸送效率并保證系 統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；各類新能源的不斷挖掘與開發(fā)，需要進一步提高并網(wǎng)控制技術(shù)，所有這些 目標的實現(xiàn)都依托于電力電子裝置及其功率控制技術(shù)。這些非線性設(shè)備在系統(tǒng)負荷構(gòu)成中 所占的比例正在迅速增加，成為了最主要的污染源，造成了電網(wǎng)電磁環(huán)境的畸變。另一方 面，電力系統(tǒng)中的負荷并不全為三相對稱負載，電氣化鐵路等單相負荷的大量增加，使得不 平衡擾動更加突出。
[0003] 電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域中的傳統(tǒng)綜合負荷的等效建模方法主要針對潮流計算，電力系 統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性分析，是基于正弦對稱情況下提出的，在非正弦不平衡條件下，電力系統(tǒng)分析 領(lǐng)域中的傳統(tǒng)綜合負荷的等效建模方法已不能有效反映負荷特性，這給電能計量、諧波和 無功補償?shù)确矫娴睦碚摷胺抡娣治鰩砹撕艽蟮睦_。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種綜合負荷的等效建模方法，解決目前電能質(zhì)量分析中采 用的綜合負荷等效建模方法中其等效參數(shù)不能與實際物理現(xiàn)象一一對應，無法有效反映電 路特性、在非正弦不平衡條件不適用的問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種綜合負荷的等效建模方法，包 括：
[0006] 在每個頻譜分析時間窗T內(nèi)，采集綜合負荷PCC點的電壓和電流信號；
[0007] 確定電壓的波形集、電流的波形集和η次諧波有功分量；
[0008] 根據(jù)所述的η次諧波下的有功功率方向，將諧波分為子集Ne和子集N D;
[0009] 根據(jù)所述的頻次屬于％的諧波電流集，建立綜合負荷的η ^欠諧波下的負荷等效模 型卟已Nd;
[0010] 針對所述的頻次屬于Νε的諧波電流集，建立其η 2次諧波下的負荷等效模型； n2e Nc〇
[0011] 本發(fā)明提供的一種綜合負荷的等效建模方法，所述電壓的波形集和電流的波形集 通過所述電壓和電流信號的傅里葉分解得到；再計算所述η次諧波有功分量；n e N，N為綜 合負荷所包含的基波和諧波子集。
[0012] 本發(fā)明提供的一種綜合負荷的等效建模方法，所述子集隊為有功功率方向從電源 到負荷的諧波集合，所述子集N D為有功功率方向從負荷到電源的諧波集合。
[0013] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種綜合負荷的等效建模方法，所述綜合負荷叫次諧波 下的等效模型為諧波電流源，表征從負荷流向電源的電流的功率特性；所述N d。
[0014] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種綜合負荷的等效建模方法，將從電源到負荷的電 流，通過等值參數(shù)來表征其功率特性，以建立11 2次諧波下的負荷模型；所述參數(shù)包括總源荷 有功的等效電導、n2次諧波下的有功等效電導、η 2次諧波下的分散功率等效電導、η 2次諧波 下的等效電納和η2次諧波下的不平衡導納。
[0015] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種綜合負荷的等效建模方法，所述η次諧波負荷等效 模型的等值參數(shù)包括發(fā)生電流源I g、負載等效電導I、分散電導&、無功電納見：、和不平衡 導納Ab?，
[0016] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種綜合負荷的等效建模方法，所述等值參數(shù)對應于相 應的功率分量包括發(fā)生功率、有功功率、分散功率、無功功率和不平衡功率。
[0017] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種綜合負荷的等效建模方法，利用錄波儀或電能質(zhì)量 分析儀，獲得每個頻譜分析時間窗T內(nèi)，綜合負荷PCC點的電壓和綜合負荷電流信號。
[0018] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0019] 1、本發(fā)明的方法以電源對稱的三相電路為研究對象，以電路疊加定理為前提，建 立的是綜合負荷各次諧波的等效模型；
[0020] 2、本發(fā)明的方法以對稱的電路結(jié)構(gòu)來研究非正弦不平衡條件時的負載特性，分析 方便，通用性強；
[0021] 3、本發(fā)明的方法既可表征對稱負載特性又可表征非對稱負載特性，且物理概念明 確，思路清晰；
[0022] 4、本發(fā)明的方法為電能計量、諧波和無功補償、電能質(zhì)量評估提供依據(jù)；
[0023] 5、本發(fā)明的方法可以有效解決三相系統(tǒng)綜合負荷的等效建模問題。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明提供技術(shù)方案的綜合負荷n2(n2e Nc)次諧波下的等效模型拓撲圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明提供技術(shù)方案的綜合負荷ηι(ηιΕ ND)次諧波下的等效模型拓撲圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明提供技術(shù)方案的綜合負荷η次諧波模型等效參數(shù)求取流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028] 實施例1 :
[0029] 如圖1-3所示，本例的發(fā)明提供的一種綜合負荷的等效建模方法，實施中分三相 三線制和三相四線制電路兩種情景，其等值參數(shù)的示例求取方法分別如下。
[0030] 情景1 :三相三線制電路
[0031] 步驟1 :每個頻譜分析時間窗Τ(參考標準IEC 61000-4-7, Τ的典型值可取為 〇. 2s)內(nèi)，采集綜合負荷PCC點的電壓VA、VB、Vc和綜合負荷電流信號i A、iB、ic;采集數(shù)據(jù)隨 時間窗的滑動而變化，負荷模型等效參數(shù)時變。
[0032] 步驟2 :根據(jù)步驟1所述的該時間窗內(nèi)的電壓、電流信號，將電壓、電流進行傅里葉 分解，得到電壓、電流的波形集，然后計算n (n e N，N為綜合負荷所包含的基波和諧波子集） 次諧波有功分量；
[0033]
[0034]
[0035] " ι、- - ·- ------ …
[0036] 其中，Vx為綜合負荷PCC點的三相對地電壓信號，i x為綜合負荷PCC點的三相電 流號。
[0037] 步驟3 :根據(jù)步驟2所述的η次諧波下的有功功率方向，將諧波分為兩個子集隊和 子集ND;即
[0038] Pn> 0,n e Nc；Pn< 0,n e Nd (4)
[0039] 所述子集隊表示有功功率方向從電源到負荷的諧波子集，稱其有功為源荷有功功 率，所述子集N D表示有功功率方向從負荷到電源的諧波子集；
[0040] 步驟4 :根據(jù)步驟3所述的子集Ne和子集Nd，將電流子集分為子集Ne和子集N d;
[0041] 步驟5:根據(jù)4所述的電流子集ND，得到綜合負荷叫次（nf ND)諧波下的等效 模型，所述等效模型為一個諧波電流源，對應等值參數(shù)為發(fā)生電流Ig，其對應于發(fā)生功率分 量；
[0042] 步驟6 :針對步驟5所述的電流子集Ne，以四個等值參數(shù)來表征其特性，分別為總 源荷有功的等效電導，n2次諧波下的有功等效電導，η 2次諧波下的分散功率等效電導，η 2次 諧波下的等效電納，η2次諧波下的不平衡導納；
[0043] 所述四個等值參數(shù)對應于相應的功率分量，分別為有功功率、分散功率、無功功 率、不平衡功率；上述參數(shù)可按下列公式求取。
[0044] 1)總源荷有功的等效電導Ge
[0045] Ge表征以最小的電流值獲得等值總源荷有功的等效電導，總?cè)嘣春捎泄β视?算公式為：
[0046](5) f2^vc
[0047] 獲得總?cè)嘣春捎泄β蔖后，即可按下式計算等效電導：
[0048] Ge=P/||vJ|2 (6)
[0049] 2) n2次諧波分散功率的等效電導G s
[0050] 112次諧波的等效電導可如下計算：
[0051]
[0052] 分散電流因由諧波頻率下的負載電導不同于負載等效電導而產(chǎn)生，n2次諧波分散 功率的等效電導的計算公式為：
[0053] ―貧 (B)
[0054] 3)無功電納Bn2
[0055] 112次諧波的等效電納可如下計算：
[0056]
[0057] 4)不平衡導納4"2[0058] 存在以下關(guān)系式：
[0059]
[0060]
[0061] 且當三相基波電壓為正序?qū)ΨQ時，有：
[0062]
til)
[0063] 當三相電壓為負序?qū)ΨQ時，則有：
[0064]
( 12)
[0065]貝丨J n2次諧波的三相不平衡導納為：
[0066]
( 13 )
[0067] 其中，& =，<.為氣的共軛，涉及到的電壓為

[0068] 步驟7 :根據(jù)步驟5和步驟6所述的各次諧波下與負荷物理現(xiàn)象對應的功率分量、 等值參數(shù)，建立綜合負荷的η次諧波等效模型；
[0069] 步驟8 :采集下一時間窗內(nèi)綜合負荷PCC點的電壓和綜合負荷電流信號，按步驟 1-7重新計算并更新綜合負荷的η次諧波模型的等效參數(shù)。
[0070] 情景2 :三相四線制電路
[0071] 步驟1-步驟5 :與三相三線制電路的相同。
[0072] 步驟6 :針對步驟5所述的電流子集Ne，以四個等值參數(shù)來表征其特性，分別為總 源荷有功的等效電導，n2次諧波下的有功等效電導，η 2次諧波下的分散功率等效電導，η 2次 諧波下的等效電納，η2次諧波下的不平衡導納；
[0073] 所述四個等值參數(shù)對應于相應的功率分量，分別為有功功率、分散功率、無功功 率、不平衡功率；上述參數(shù)可按下列公式求取。
[0074] 1)總源荷有功的等效電導t
[0075] 有功的等效電導Ge按式（5)、（6)求取。
[0076] 2)n2次諧波分散功率的等效電導G s
[0077] 對于三相諧波導納可按如下公式計算：
[0078]
(' 14)
[0079] Un2次諧波等效電導為：
[0080]
( 15 )
[0081] 則根據(jù)定義，叫次諧波分散功率的等效電導為：
[0082]
(16)
[0083] 3)n2次諧波等效電納^
[0084] 根據(jù)定義及式（14)，n2次諧波等效電納為：
[0085]
(17)
[0086] 4)不平衡導納A?2
[0087] 負序叫次不平衡導納為：
[0088]
(18)
[0089] 則三相負序n2次不平衡導納參數(shù)為：
[0090]
(19)
[0091] 零序112次不平衡導納為：
[0092]
(20)
[0093] 則三相零序η,次不平衡導納參數(shù)為：
[0094]
(21)
[0095] 步驟7 :根據(jù)步驟5和步驟6所述的各次諧波下與負荷物理現(xiàn)象對應的功率分量、 等值參數(shù)，建立綜合負荷的η次諧波等效模型；
[0096] 步驟8 :采集下一時間窗內(nèi)綜合負荷PCC點的電壓和綜合負荷電流信號，按步驟 1-7重新計算并更新綜合負荷的η次諧波模型的等效參數(shù)。
[0097] 本發(fā)明適用于三相系統(tǒng)，所建立的綜合負荷等效模型可表征正弦平衡、正弦不平 衡、非正弦平衡和非正弦不平衡條件下的負載特性，適用范圍廣，通用性強，電路條件對本 方法的限制小。
[0098] 本發(fā)明提出的綜合負荷的等效建模方法物理概念明確，思路清晰，無論電源電壓 是否正弦、電路是否平衡，均能準確的表征負載特性，并能與實際的物理現(xiàn)象相對應，可實 現(xiàn)對任意三相電路的綜合負荷的建模并進行相關(guān)的電路特性分析。
[0099] 最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實施例應當理解：依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】 進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申 請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于，包括： 在每個頻譜分析時間窗T內(nèi)，采集綜合負荷PCC點的電壓和電流信號； 確定電壓的波形集、電流的波形集和n次諧波有功分量； 根據(jù)所述的n次諧波下的有功功率方向，將諧波分為子集N。和子集N D; 根據(jù)所述的頻次屬于Nd的諧波電流集，建立綜合負荷的n 1次諧波下的負荷等效模型； HiE Nd; 針對所述的頻次屬于Nc的諧波電流集，建立其n 2次諧波下的負荷等效模型；n 2曰N C。2. 如權(quán)利要求1所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：所述電壓的波形 集和電流的波形集通過采集的電壓和電流信號的傅里葉分解得到；再計算所述n次諧波有 功分量；n E N，N為綜合負荷所包含的基波和諧波頻次集合。3. 如權(quán)利要求1所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：所述子集N。為有 功功率方向從電源到負荷的諧波頻次集合，所述子集Nd為有功功率方向從負荷到電源的諧 波頻次集合。4. 如權(quán)利要求1或3所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：所述綜合負 荷ni次諧波下的等效模型為諧波電流源，表征從負荷流向電源的電流的功率特性；所述 riiE N〇。5. 如權(quán)利要求1或3所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：將從電源到 負荷的電流，通過等值參數(shù)來表征其功率特性，W建立ri2次諧波下的負荷模型；所述參數(shù)包 括總源荷有功的等效電導、ri2次諧波下的有功等效電導、n 2次諧波下的分散功率等效電導、 ri2次諧波下的等效電納和n 2次諧波下的不平衡導納。6. 如權(quán)利要求1所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：所述n次諧波負 荷等效模型的等值參數(shù)包括發(fā)生電流源Ig、負載等效電導G。、分散電導氏、無功電納爲。和 不平衡導納。7. 如權(quán)利要求1、3或5所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：所述等值 參數(shù)對應于相應的功率分量包括發(fā)生功率、有功功率、分散功率、無功功率和不平衡功率。8. 如權(quán)利要求1所述的一種綜合負荷的等效建模方法，其特征在于：利用錄波儀或電 能質(zhì)量分析儀，獲得每個頻譜分析時間窗T內(nèi)，綜合負荷PCC點的電壓和綜合負荷電流信 號。
【文檔編號】G06F17/50GK106033477SQ201510103682
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月9日
【發(fā)明人】周勝軍, 溫惠, 陶順, 廖坤玉, 羅超
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 江蘇省電力公司電力科學研究院