一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法
2024-03-05 08:43:15 1
一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，包含以下內容，首先，根據含弱環分布式發電系統中分布式電源(DG)併網的特點，分析DG併網接口電力電子裝置的工作特性及其注入系統各次諧波電流的含量；然後，通過計算系統的基波潮流得出各DG併網的基波電壓，由各DG的輸出功率，可計算出其注入系統的基波電流；最後，通過各DG注入系統的基波電流求出其注入系統的各次諧波電流，並計算出整個含弱環分布式發電系統的諧波潮流分布情況。本發明無需迭代計算即可得出系統中所有節點的各次諧波電壓分布情況，從根本上改善了諧波潮流分析方法的計算速度和效率，克服了諧波潮流迭代收斂性的問題，具有計算過程清晰，易於編程等特點。
【專利說明】一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統分析與計算領域，具體涉及一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法。
【背景技術】
[0002]諧波潮流計算是諧波研究領域的重要分支，是了解電網系統諧波特性和進行諧波分析的重要手段，可計算出關鍵節點的諧波指標，進而提出抑制諧波的有效措施。隨著分布式發電技術和主動配電網(ADN)技術迅速發展，越來越多的分布式電源(DG)接入配電網，形成了一個個分布式發電系統。而這些帶有大量電力電子器件的分布式發電接入電網，必將給電網的電能質量帶來新的問題和挑戰。毫無疑問，在電力公司和工業生產中，從規劃到設計階段，諧波分析是在分布式電源、非線性負載不斷增加的前提下，保證電網和設備可靠運行並預測潛在問題的有效手段。研究DG對電網諧波分布的不利影響，有助於找到解決措施；分析DG對諧波分布的有利影響，有利於充分發揮其優勢來改善電能質量，因此，研究DG對電網諧波和電能質量的影響，對DG的進一步發展和應用具有重大意義。另一方面，這些分布式發電系統正常運行時是開環運行，但在故障或調配負荷時也會出現短暫的環網運行。本發明從諧波潮流分析方法著手，提出一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，給研究DG對電網諧波分布的影響提供一種有效的技術方法。
【發明內容】
[0003]發明目的:針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，該方法採用非迭代式諧波潮流分析方法，無需迭代計算即可得出系統中所有節點的各次諧波電壓分布情況，從根本上改善了諧波潮流分析方法的計算速度和效率，克服了諧波潮流迭代收斂性的問題，較大的提高了諧波潮流的計算速度和效率，具有較高的計算精度，計算過程清晰，易於編程等特點。
[0004]技術方案:為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案為一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，該方法包括以下步驟:
[0005]步驟A、獲取含弱環分布式發電系統的網絡參數，包括系統總節點數，總支路數，節點序號，支路序號，獨立節點數，獨立支路數，關聯支路數，環網個數，參考節點，平衡節點，支路阻抗，節點負荷功率，網絡拓撲結構，DG併網個數，DG輸出功率，以及DG接入的節點序號，如針對具有N個節點、K個環網和M個DG的含弱環分布式發電系統，假設首節點作為參考節點和平衡節點，則系統獨立節點數為n = N-1，獨立支路數即樹支數為c = η，關聯支路數即連支數為d = K，總支路數為b = c+d，其中DG為分布式電源的英文縮寫且代表分布式電源；
[0006]步驟B、分析DG併網接口電力電子裝置的工作特性，通過傅氏分析公式計算出其注入系統各次諧波電流分量與其基波電流的比值P (h)，其中，P (h)為DG注入系統的第h次諧波電流分量與其基波電流的比值，h為諧波次數；[0007]步驟C、通過常規潮流算法計算含弱環分布式發電系統的基波潮流，得出各DG併網的基波電壓，其中，為DG併網的基波電壓，下標「DG」表示分布式電源，下標「 i 」表示該DG接入的節點序號，上標「(I) 」表示基波分量；
[0008]步驟D、根據DG輸出的有功功率PDe i和無功功率QD(U，計算出該DG注入系統的基
波電流為私l = [0PDG',+jU/mj，其中為DG注入系統的基波電流，PHdg併網的
基波電壓，PDG,i和Qixu分別為DG輸出的有功功率和無功功率，上標表示取共軛複數，j為複數的虛部單位；
[0009]步驟E、根據DG注入系統的基波電流，計算出該DG注入系統的第h次諧波電流為從,=抑)從,;，其中，為DG注入系統的第h次諧波電流，P (h)為DG注入系統的第h次諧波電流分量與其基波電流的比值，h為諧波次數；
[0010]步驟F、根據公式Fw = T{Z^ - Zlh)BTY^BZlh))TTI(h)計算含弱環分布式發電系統的第h次諧波潮流， 得出各獨立節點i的第h次諧波電圧〖H其中，為獨立節點i的第h次諧波電壓，V(h)為含弱環分布式發電系統各獨立節點i的第h次諧波電壓K"、組成的 nXl 階相量矩陣，即 rw=[C6(;°，「.,C...，dT , i = 1，2，？ ,n, I(h)為
含弱環分布式發電系統中各DG注入系統的第h次諧波電流擔1組成的nX I階相量矩陣，即/W = [d，d，...,從1,._.,^,?]τ，i = 1，2，...，η，T為含弱環分布式發電系統的道路矩陣，T為nXb階矩陣，TT為矩陣T的轉置矩陣，ZihJ為支路I的第h次諧波阻抗，Zf為基於對角元素分別為各支路I的第h次諧波阻抗ZC組成的bXb階對角矩陣，即Ζ^Λ) = (1?3§([Ζ^,Ζ^,...,Ζ^,...,Ζ^]) ,1 = 1,2,…，b，B為含弱環分布式發電系統的回-支關聯矩陣，B^dXb階矩陣，Bt為矩陣B的轉置矩陣，FiT為矩陣的逆矩陣，即if > --1，Z 』為含弱環分布式發電系統的第h次諧波迴路阻抗矩陣，Zf為dXd階矩陣，且有
Z…=BZ^B1，η為系統獨立節點數，b為系統總支路數，d為系統連支數，h為諧波次數；
[0011]步驟G、根據不同諧波次數h，重複步驟E和步驟F即可求出含弱環分布式發電系統所有節點的各次諧波電壓分布情況，以及計算出各節點的電壓總諧波畸變率和電壓單個諧波畸變率。
[0012]有益效果:本發明針對現有諧波潮流分析方法存在的不足，提出了一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，該方法根據含弱環分布式發電系統的拓撲結構和分布式電源(DG)併網的特點，分析DG併網接口電力電子裝置的工作特性及其注入系統各次諧波電流的含量；然後，通過計算含弱環分布式發電系統的基波潮流得出各DG併網的基波電壓，由各DG的輸出功率，可計算出其注入系統的基波電流；最後，通過各DG注入系統的基波電流求出其注入系統的各次諧波電流，並計算出整個含弱環分布式發電系統的諧波潮流分布情況。由於採用非迭代式諧波潮流分析方法，無需迭代計算即可得出系統中所有節點的各次諧波電壓分布情況，從根本上改善了諧波潮流分析方法的計算速度和效率，克服了多諧波源系統諧波潮流迭代收斂困難的問題，極大提高了諧波潮流的計算速度和效率，整個方法的計算過程清晰，編程簡單，計算速度快，具有較高的計算精度和效率。通過測試算例驗證了本發明的有效性和正確性。由此可見，本發明具有很好的工程應用價值和借鑑意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的總體流程圖；
[0014]圖2為33母線含弱環分布式發電系統示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0016]圖1為本發明的總體流程圖，具體方法如下:
[0017]針對具有N個節點、K個環網和M個分布式電源(DG)的含弱環分布式發電系統，假設首節點作為參考節點和平衡節點，則系統獨立節點數為n = N-1，獨立支路數即樹支數為c = η,關聯支路數即連支數為d = K,總支路數為b = c+d。
[0018]對於連通圖中一顆選定的樹，由於基本迴路中僅包含一條連支,基本迴路數等於連支數，基本迴路-支路(下面簡稱「回-支」)關聯矩陣B描述基本迴路、樹支、連支之間的聯繫。其中回-支關聯矩陣B是一個dXb階矩陣，假定連支支路的正方向都是從大號節點指向小號節點，基本迴路的正方向與連支支路的正方向相同，如果支路r在迴路j上，且二者方向相同，則B(j, r) = I,如果支路r在迴路j上,且二者方向相反,則B(j，r) =-1,如果支路r不在迴路j上，則B(j，r) =0。
[0019]一個節點的道路是指節點沿樹到根所經過的路徑上的支路集合，節點的道路強調的是路徑上的支路，對於一個給定的樹，節點的道路是唯一的、只由樹支組成，可用道路矩陣T描述。其中道路矩陣T是一個nXb階矩陣，假定道路的正方向都是從電源點(即根節點)指向各節點，各樹支支路正方向與道路正方向相同，如果支路r在道路i上，則T(i，r)=1，反之1(1，1.) =O0道路矩陣T是一個稀疏矩陣，利用稀疏技術可以降低內存需求。
[0020]I)獲取含弱環分布式發電系統的網絡參數，包括系統總節點數，總支路數，節點序號，支路序號，獨立節點數，獨立支路數，關聯支路數，環網個數，參考節點，平衡節點，支路阻抗，節點負荷功率，網絡拓撲結構，DG併網個數，DG輸出功率，以及DG接入的節點序號。
[0021]2)分析DG併網接口電力電子裝置的工作特性，通過傅氏分析公式計算出其注入系統各次諧波電流分量與其基波電流的比值P (h)，其中，P (h)為DG注入系統的第h次諧波電流分量與其基波電流的比值，h為諧波次數。
[0022]3)通過常規潮流算法計算含弱環分布式發電系統的基波潮流，得出各DG併網的基波電壓，其中，⑶,,為DG併網的基波電壓，下標「DG」表示分布式電源，下標「 i 」表示
該DG接入的節點序號，上標「(I) 」表示基波分量。
[0023]步驟3)中的基波潮流和各DG併網基波電壓的計算過程如下:
[0024]在含弱環分布式發電系統中，設k為迭代次數，取為第k次迭代時獨立節點i注入基波電流，O;為第k次迭代時迴路f基波電流(也即連支f基波電流)，片'I為第k次迭代時支路I的基波電流，K!為第k次迭代時支路I的基波電壓，為第k次迭代時各獨立節點i注入基波電流0組成的nX I階相量矩陣，即
【權利要求】
1.一種含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，其特徵是該方法包括以下步驟:步驟A、獲取含弱環分布式發電系統的網絡參數，如針對具有N個節點、K個環網和M個DG的含弱環分布式發電系統，假設首節點作為參考節點和平衡節點，則系統獨立節點數為n = Ν-1,獨立支路數即樹支數為c = η,關聯支路數即連支數為d = K,總支路數為b =c+d，其中DG為分布式電源的英文縮寫且代表分布式電源； 步驟B、分析DG併網接口電力電子裝置的工作特性，通過傅氏分析公式計算出其注入系統各次諧波電流分量與其基波電流的比值P (h)，其中，P (h)為DG注入系統的第h次諧波電流分量與其基波電流的比值，h為諧波次數； 步驟C、通過常規潮流算法計算含弱環分布式發電系統的基波潮流，得出各DG併網的基波電壓喘,，其中，為DG併網的基波電壓，下標「DG」表示分布式電源，下標「 i 」表示該DG接入的節點序號 ，上標「(1) 」表示基波分量； 步驟D、根據DG輸出的有功功率Pixu和無功功率QD(U，計算出該DG注入系統的基波電流為似,= [(『,+沿肌,)/#,].，其中，找L為DG注入系統的基波電流，^為DG併網的基波電壓，Pwu和Qiku分別為DG輸出的有功功率和無功功率，上標表示取共軛複數，j為複數的虛部單位； 步驟E、根據DG注入系統的基波電流?以,,，計算出該DG注入系統的第h次諧波電流為其中C為DG注入系統的第h次諧波電流，P (h)為DG注入系統的第h次諧波電流分量與其基波電流的比值，h為諧波次數； 步驟F、根據公式F(A> = - ZHeΒτt=y^BZ^W7Im計算含弱環分布式發電系統的第h次諧波潮流，得出各獨立節點i的第h次諧波電壓疔Λ>，其中，為獨立節點i的第h次諧波電壓，V(h)為含弱環分布式發電系統各獨立節點i的第h次諧波電壓P -組成的1^1階相量矩陣，即0>=的('吟'...,^...,^' i = 1,2, ?，n，I(h)為含弱環分布式發電系統中各DG注入系統的第h次諧波電流/益,,組成的nX I階相量矩陣，即# =[從，…,從?]T，i = 1，2，...，η，T為含弱環分布式發電系統的道路矩陣，T為nXb階矩陣，Tt為矩陣T的轉置矩陣，Zlh/為支路I的第h次諧波阻抗，為基於對角元素分別為各支路I的第h次諧波阻抗4))組成的bXb階對角矩陣，即Zf1 = 1，2，…，b，B為含弱環分布式發電系統的回-支關聯矩陣，B^dXb階矩陣，Bt為矩陣B的轉置矩陣，If)為矩陣Zf的逆矩陣，即if > = [Zfr1，為含弱環分布式發電系統的第h次諧波迴路阻抗矩陣，Zf為dXd階矩陣，且有=BZ^B1，η為系統獨立節點數，b為系統總支路數，d為系統連支數，h為諧波次數；步驟G、根據不同諧波次數h，重複步驟E和步驟F即可求出含弱環分布式發電系統所有節點的各次諧波電壓分布情況，以及計算出各節點的電壓總諧波畸變率和電壓單個諧波畸變率。
2.如權利要求1所述的含弱環分布式發電系統的諧波潮流分析方法，其特徵是，含弱環分布式發 電系統的網絡參數包括系統總節點數，總支路數，節點序號，支路序號，獨立節點數，獨立支路數，關聯支路數，環網個數，參考節點，平衡節點，支路阻抗，節點負荷功率，網絡拓撲結構，DG併網個數，DG輸出功率，以及DG接入的節點序號。
【文檔編號】G06F19/00GK103956774SQ201410199556
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】孫國強, 楊雄, 衛志農, 孫永輝 申請人:河海大學