谐波源定位及责任划分方法分析研究
基于虚拟仪器的谐波源定位系统的设计与研究的开题报告
基于虚拟仪器的谐波源定位系统的设计与研究的开题报告一、研究背景和意义谐波源定位在电力系统中具有重要的应用价值。
谐波源可能来自于非线性负载、电压波动和系统故障等各种因素引起的电压畸变。
若谐波源被定位，我们可以采取相应的措施来降低谐波污染，保护设备安全运行，提高电力系统供电可靠性。
目前已经有许多人在研究谐波源定位。
其主要方法是选取一组测量点，通过采集实时数据并使用算法进行处理，获得谐波源的位置信息。
但是，传统的谐波源定位系统需要专用仪器和大量人力、物力投入，成本高且运维周期长。
为此，我们提出了基于虚拟仪器的谐波源定位系统，以降低仪器成本和减少人力投入，提高系统的实用性和经济性。
二、研究思路和方法我们将基于虚拟仪器的谐波源定位系统中的仪器集成在计算机上，通过软件对其进行控制和调试。
谐波源的定位需要实现两个主要功能：数据采集和信号处理。
具体方法如下：1.数据采集采用电子电流互感器测量电流，电压互感器测量电压，并通过A/D转换器将信号采集到计算机中。
为了提高数据采集的准确性，我们需要根据传感器的参数进行背景校准，消除传感器本身的误差。
2.信号处理通过功率频谱分析等方法进行信号处理，获得测量点的电压和电流的谐波分量、相位角和振幅信息，建立测量点之间的谐波响应模型。
使用基于卡尔曼滤波和相关性分析的算法，对模型进行优化，确定谐波源的位置信息。
三、预期结果通过该研究，我们期望能够实现低成本、高效率、高准确度的谐波源定位系统，在电力系统实践中得到应用。
同时，我们计划制作虚拟仪器，使用LabVIEW等软件进行控制和调试。
除此之外，我们还希望在系统性能优化、误差分析和自适应能力方面做出更多的探索和提升。
四、研究进度安排本课题目前处于前期研究阶段，下一步的研究进度安排如下：1.收集相关文献和资料，深入研究谐波源定位的理论和方法。
2.选择合适的虚拟仪器开发平台，制定软件开发计划，设计实验方案。
3.搭建硬件平台，完成电力系统的测量点布置和传感器的连接。
电力系统中的谐波分析及控制研究
电力系统中的谐波分析及控制研究近年来，电力系统中的谐波问题越来越引起人们的关注。
因为谐波会破坏电力设备，导致电力质量下降，从而对经济和社会造成不良影响。
因此，电力系统中的谐波分析及控制研究成为了电力领域中研究的热点。
一、电力系统中的谐波问题在电力系统中，谐波是指一种在电力系统中产生的频率为整数倍于基频的波形。
虽然一些电气设备（如电脑等）需要使用电子元件对电能进行处理，但是这样的处理会引入一些非线性元件，从而引起谐波的发生。
而这些谐波会导致各种问题，比如加速设备的老化，损坏电子元件，产生噪声，降低电力质量等。
二、谐波分析谐波分析是指在电力系统中通过各种方法对谐波进行诊断和检测，了解谐波波形和谐波频率的一种方法。
谐波分析可以帮助电力工程师确定谐波产生的原因，从而预测谐波对电力系统的影响。
其中，常用的方法包括谐波分析仪、谐波振荡器、数字示波器等等。
谐波分析仪是一种通过测试电路中的电量来确定谐波的频率和大小的测试仪器。
谐波振荡器是一种通过发出谐波频率的信号来检测电路中的谐波的设备。
数字示波器则是一种通过输入特定频率波形的测试仪器，将波形转化为数字信号并显示在屏幕上来分析谐波。
还有一些新近的谐波分析方法也得到了广泛关注，比如基于小波变换的谐波分析方法、基于神经网络的谐波分析方法等等。
这些新的谐波分析方法有效地将谐波分析技术推向了更前沿的广阔领域。
三、谐波控制由于谐波会对电力系统产生诸多损坏，因此需要对谐波进行有效地控制。
谐波控制可以分为被动控制和主动控制。
被动控制是通过使用滤波器等被动元件将电路中的谐波滤除来达到控制谐波的目的。
而主动控制则是通过控制电路中特定的元件，来生成反向的谐波信号使谐波得到抵消的。
滤波器是被动控制谐波的一种常见控制方法。
滤波器可以使电路中的谐波被滤除，并将滤除后的电流或电压输出到下游电路。
其中比较常用的滤波器有LC、RC、RLC等。
主动控制谐波比被动控制谐波更加高效和灵活。
主动控制谐波通过控制可变电阻、电感，可以生成反向的谐波信号对谐波进行抵消。
谐波责任划分研究现状及在分布式电源并网条件下的展望
第38卷第1期2019年1月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.38,No.1Jan.2019收稿日期:2018-05-21基金项目:国家自然科学基金项目(51777035)㊁国家电网公司总部科技项目 电力电子化配电网超高次谐波检测关键技术及传播特性研究作者简介:王攸然(1994-),女,福建籍,硕士研究生,研究方向为电能质量和分布式新能源技术;张㊀逸(1984-),男,湖北籍,副教授,博士,研究方向为电能质量和主动配电网(通讯作者)㊂谐波责任划分研究现状及在分布式电源并网条件下的展望王攸然1,张㊀逸1,邵振国1,黄道姗2,林㊀芳2,张伟骏2(1.福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108;2.国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福建福州350007)摘要:公共连接点处谐波电压畸变的原因可能来自负荷本身,也可能来自电网㊁其他负荷或分布式电源等,因此,需要研究谐波责任划分问题㊂谐波责任划分主要包括谐波发射水平估计㊁单母线谐波责任分摊以及配电网多谐波源谐波责任分摊三个研究方向㊂首先,总结了每个方向现有方法的基本原理和研究现状,并总结了量化背景谐波电压波动的共性问题;其次,基于分布式电源并网条件下的谐波特性,探讨了此条件下合理划分谐波责任的难点,包括背景谐波电压波动更剧烈,谐波责任定义不适用,谐振㊁不确定性谐波及谐波耦合对责任划分的影响等;最后,对谐波责任划分未来待研究的问题进行了展望㊂关键词:谐波责任;配电网;分布式电源;背景谐波DOI :10.12067/ATEEE1805050㊀㊀㊀文章编号:1003-3076(2019)01-0061-09㊀㊀㊀中图分类号:TM721㊀引言随着接入电网的非线性负荷大量增加,谐波问题日益显著[1-3]㊂近年来,采用电力电子技术并网的分布式电源(Distributed Generation,DG)大量接入,使得电网中的谐波情况更加复杂[4,5],不仅影响负荷正常工作,严重时还会导致电力设备损坏或引发停电事故[6,7]㊂公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)处谐波电压畸变的原因可能来自所关注负荷本身,也可能来自背景电网㊁其他非线性负荷或采用电力电子装置并网的DG,定量划分各方的谐波责任,是实施有效 奖惩性方案 [8]和采取合理谐波治理措施的前提㊂谐波责任划分通过检测公共连接点谐波电流和谐波电压进行责任量化㊂目前对谐波责任划分的研究大致可以分为三类:谐波发射水平估计㊁单母线谐波责任分摊以及配电网多谐波源谐波责任分摊㊂谐波发射水平估计用于计算某个谐波源用户的谐波责任;当一条母线连接多个谐波源用户时,考虑到用户谐波之间的相互影响,需要研究单母线多个用户谐波责任分摊问题;对于一个配电网,谐波在网络中传播,关注某条母线谐波电压受到网络中其他谐波源的影响,量化来自不同母线多谐波源对所关注母线的谐波贡献,这就需要研究配电网多谐波源谐波责任分摊问题㊂本文首先对以上三类谐波责任划分研究方向的现有方法进行分析,指出各类方法的适用场景和优缺点,总结其存在的共性问题;其次,分析DG 大量接入给现有谐波责任划分方法带来的挑战;最后,归纳提出未来需要研究的问题㊂2㊀谐波发射水平估计2.1㊀常用等效模型估算谐波发射水平时,常使用诺顿等效模型,如图1所示㊂其中,I u ㊁I c 分别为系统侧和用户侧某次等效谐波源电流;Z u ㊁Z c 分别为系统侧和用户侧某次等效谐波阻抗;U pcc ㊁I pcc 分别为PCC 点谐波电压和谐波电流㊂IEC61000-3-6[9]中对于某次谐波发射水平的定义为:用户接入系统前后PCC 点某次谐波电压/谐波电流的变化量,根据该定义,量化PCC 点王攸然,张㊀逸,邵振国,等.谐波责任划分研究现状及在分布式电源并网条件下的展望[J].电工电能新技术,2019,38(1):61-69.63㊀两侧贡献的难点在于,如何仅通过测量数据计算得到真实的系统谐波阻抗值㊂现有的谐波阻抗计算方法可分为 干预式 和 非干预式 两种,前者需要人为加入扰动,成本较高且对电力系统造成影响㊂因此,本文重点关注后者㊂常用的 非干预式 方法主要有线性回归方法[10,11]和波动法[12-18]㊂图1㊀诺顿等效模型Fig.1㊀Norton equivalent model2.2㊀线性回归法线性回归法适用于较稳定系统,假设系统谐波阻抗是一个定值,且背景谐波电压基本不变㊂其实质是根据PCC 点电路模型,将系统侧等效为戴维南模型,用户侧仍为诺顿模型,系统侧谐波源谐波电压与PCC 点谐波电压㊁谐波电流的关系方程为:U s =Z s I pcc +U pcc(1)式中,U s 为系统侧等效电压源电压;Z s 为系统侧谐波阻抗;U pcc ㊁I pcc 分别为PCC 点谐波电压和谐波电流㊂可以通过最小二乘法等求解线性方程的方法,求解出系统侧谐波阻抗㊂多次测量求解谐波阻抗时,系统自变量数据之间的相关性较强,存在较大误差,为了解决这一问题可以使用二元回归法[10]㊁偏最小二乘法[11]等㊂线性回归法原理简单㊁求解方便,然而实际系统中背景谐波电压常常是波动的,将导致估计结果不准确㊂2.3㊀波动法波动法利用PCC 点的谐波电压和谐波电流的微小波动量比值估算谐波阻抗㊂由于系统短路容量较负荷容量大,系统侧谐波阻抗较小,系统侧谐波波动对计算结果影响相对较小,传统方法认为系统侧谐波波动不大[12],则易求得系统侧谐波阻抗㊂在实际情况中,系统侧和用户侧的谐波波动往往是同时存在的㊂在求解谐波发射水平的过程中,难以明确波动是哪一侧产生的㊂对图1模型进行分析发现,当仅考虑用户侧谐波波动时,可以求得用户侧谐波阻抗Z c ,其符号为负;仅考虑系统侧谐波波动时,可以求得系统侧谐波阻抗Z u ,其符号为正㊂因此,文献[12]提出了通过判断所求阻抗的符号,确定谐波波动较小一侧的谐波阻抗的方法㊂该方法原理简单,具有工程应用价值㊂文献[13]在此基础上通过判断PCC 点谐波电压㊁谐波电流变化量为正相关或负相关判断计算谐波阻抗为Z c 还是Z u ㊂上述方法虽然简单,但存在计算盲区问题㊂文献[14]中指出,当系统侧和用户侧波动水平相当时,估算结果将处于盲区;只有当波动水平相差较大,结果才是真实谐波阻抗值㊂在此基础上,其提出了阻抗归一化趋势判别方法,可以筛选出更有价值的阻抗计算样本点㊂在此类方法研究中,减小背景谐波的波动对谐波阻抗估算的影响,成为目前研究的重点㊂其中,一种思路基于测量数据的筛选,以提高准确度,如主导波动量筛选法[15]㊁基于贝叶斯定理的估计方法[16]㊁概率分布特征法[17];另一种思路在于把系统侧和用户侧波动的部分分开,分别求解,以提高谐波阻抗估算的精确度,如快速近似联合对角化法[18]㊂3㊀单母线谐波责任分摊3.1㊀基本计算原理随着电力电子设备的大量接入,实际电力系统中一条母线往往连接多个发射谐波的用户,这些用户间的谐波相互影响㊂如何分摊接在同一母线上的每个谐波源的责任,需要对单母线谐波责任分摊进行研究㊂系统多负荷模型如图2所示㊂母线X 一侧与系统连接,一侧与n 个用户连接㊂设某用户k 某次谐波电流为I k (k =1,2, ,n ),母线X 处的谐波电压为U X ,根据母线X 的谐波电压关系列出:U X =Z k I k +U X ,0=U X ,k +U X ,0(2)式中,Z k 为除用户k 之外的系统和用户谐波阻抗的总等效谐波阻抗;U X ,k 为用户k 在母线X 产生的谐波电压;U X ,0为母线除用户k 外的谐波电压矢量,称为背景谐波电压㊂以上相量在相量图中表示,如图3所示㊂图2㊀系统多负荷模型Fig.2㊀System multi-load model64㊀电工电能新技术第38卷第1期图3㊀谐波电压相量图Fig.3㊀Harmonic voltage phasor diagram定义用户k的谐波责任H为:H=|U X,k|cosαUXˑ100%(3)㊀㊀也可以根据图3使用余弦公式,求得cosα代入式(3)中,可得谐波责任为:H=|U X|2+|Z X|2|I k|2-|U X,0|22|U X|2ˑ100%(4)㊀㊀式(4)中,U X可以通过测量得到,I k㊁Z k㊁U X,0未知,目前的单母线谐波责任分摊主要问题是求解式(4)中的未知量㊂根据叠加定理,谐波电流I k应为用户k等效谐波源发射的谐波电流,这一谐波电流被称为 理论电流 ㊂文献[19]提出了一种基于谐波电流的责任分摊,求解 理论电流 的值,用于估计谐波责任,结果较为精确㊂实际系统中, 理论电流 无法测量得到,但是用户k所在的支路电流易测得,支路电流被称为 实际电流 ㊂目前的谐波责任分摊中,谐波电流I k 均使用 实际电流 代入近似计算㊂但是 实际电流 是多个谐波源谐波电流共同作用的结果,用于计算谐波责任必然存在误差㊂文献[20]经过理论计算及仿真分析,对比使用两种电流进行责任分摊的效果,在大部分情况下,虽然估算存在误差,但趋势有较高的一致性㊂所以现有的谐波责任计算大多使用 实际电流 求解谐波责任㊂因此,式(4)中I k㊁UX可通过测量求得,Z X,k㊁U X,0未知,现有方法关注如何求解这两个未知量,具体方法可分为假设背景谐波电压不波动[21-25]和考虑背景谐波电压波动[26-30]两种㊂3.2㊀假设背景谐波电压不波动假设背景谐波电压不波动的情况下,式(2)中UX,0为常数,常用线性回归法求解,如最小二乘法[21]㊂线性回归法求解时,由于在同一PCC点短时间内测量多次谐波信息,线性方程组相关性严重,导致求解存在很大误差㊂偏最小二乘法可用于求病态方程组的最小二乘解,常用于解决这一问题[22]㊂然而传统的偏最小二乘法把实部㊁虚部分开求解,不是原问题真正的最小二乘解,文献[23]提出了复数域的偏最小二乘解,比传统偏最小二乘解更加精确合理㊂无论哪一种方法,基于最小二乘法的求解实质是使回归残差最小,这种方法必须迁就远端数据,影响求解精度㊂文献[24]使用M估计稳健回归的方法,给残差大的数据给予较小的权重,残差小的数据给予较大的权重,求解加权最小二乘,并反复迭代加权系数,可使求解结果更加精确㊂上述方法求解虽然相对精确,但求解过程比较繁琐,特别是背景谐波电压的求解问题㊂文献[25]中通过近似计算,提出了一种更加简便的方法㊂首先,由于Z X,k通过系统谐波阻抗与用户谐波阻抗并联求出,系统谐波阻抗较小,使用系统谐波阻抗近似ZX,k,即可求出电压U X,k㊂再根据国家标准中的谐波电压叠加算式,估计背景谐波㊂这种方法只需利用PCC点谐波电压㊁谐波电流数据和系统侧谐波阻抗即可估算谐波责任,求解方便,但是精确度相对较低㊂使用线性函数拟合时,认为常数项即背景谐波电压是一个不变的值,然而实际系统中背景谐波电压常常是波动的,因此,此类方法不能从根本上解决背景谐波电压波动引起的求解不准确的问题㊂3.3㊀考虑背景谐波电压波动当考虑背景谐波电压波动时,现有求解方法主要分为分段线性化法[26,27]和背景谐波电压分析法[28-30]两类㊂3.3.1㊀分段线性化法在传统的谐波责任分摊方法中,大多认为谐波电压在某一范围内随机波动[26]㊂但是对于变化较大的背景谐波电压,其所对应的谐波阻抗无法求解㊂背景谐波电压波动示意图如图4所示㊂当背景谐波电压U X,0波动时,即背景谐波电压取不同的矢量时,求得的谐波阻抗可能出现很大的不同,如图4中UX,0,1和U X,0,2的情况㊂分段线性化的主要思想在于,对背景谐波电压进行分段,使每一段背景谐波电压波动较小,如图4在U X,0,1附近波动的情况,则谐波阻抗在一定程度上近似相等,对每一段分别进行线性回归,可削弱背景谐波电压波动的影响,使结果更加精确㊂文献王攸然,张㊀逸,邵振国,等.谐波责任划分研究现状及在分布式电源并网条件下的展望[J].电工电能新技术,2019,38(1):61-69.65㊀图4㊀背景谐波电压波动示意图Fig.4㊀Background harmonic voltage fluctuation diagram[27]使用均值漂移的算法,将背景谐波电压进行聚类,使变化的背景谐波电压划分为若干段基本不变的背景谐波电压;再利用偏最小二乘法计算各个数据段的谐波责任;最后加权求和得到总的谐波责任㊂对于波动不太大的网络,这种方法求解结果较好,但是对于波动较大的情况,若分段数量少,则每一段背景谐波电压波动大,计算精度低;若分段数量多,虽提高了精度,但因数据的分类问题,使得计算繁琐㊂如何对背景谐波电压进行分段并无明确标准,实际工程中较难应用㊂3.3.2㊀背景谐波电压分析法从式(2)可以得出,背景谐波电压指除关注用户k的谐波电压外,母线X上的谐波电压,即背景谐波电压由系统侧谐波和其他用户谐波组成㊂根据图2,母线X谐波电压U X为:UX=ðn k=1Z k I k+UᶄX,0(5)式中,UᶄX,0为非主要谐波源提供的谐波电压,称为残余谐波电压㊂文献[28]只分析某一母线的谐波电压污染的主要用户,把其余部分全部归入残余谐波电压,此谐波电压相对较小,不必考虑其波动[28]㊂文献[28,29]解释了背景谐波电压波动的主要部分,把主要谐波源的波动作为方程求解的一项,在一定程度上避免了谐波电压波动带来求解不准确的问题㊂上述方法通过分析背景谐波电压的主要来源,使用分解量化的方法减少背景谐波电压波动的影响,但是用不波动即常量的叠加代替波动的量显然不能使计算结果精确㊂文献[30]在此基础上,假设背景谐波电压是时间的函数,在某时刻计算其泰勒函数展开并忽略高次项,用于更加精确的谐波阻抗计算㊂这种方法为研究通过数学方法量化背景谐波电压的波动规律提供了一种新的思路,但通过简单的数学模型代入计算谐波波动的方法是否合理还有待进一步研究㊂4 配电网多谐波源谐波责任分摊由于大量DG接入系统和电力电子设备的使用,配电网中往往存在多个非线性负荷,每一个PCC点的谐波是由所有非线性负荷共同作用的结果㊂传统的单母线谐波责任分摊关注某一母线所接非线性负荷谐波责任的划分,目前,已有学者对配电网多谐波源对关注母线的谐波责任分摊进行研究㊂包含多个谐波源电网示意图如图5所示㊂图5㊀多个谐波源电网示意图Fig.5㊀Multiple harmonics source grids图5中,连接于母线5㊁10㊁14的圆圈表示非线性负荷㊂现有研究方法基于谐波源谐波电流发射的相对独立性,定义了关注母线电压与配电网谐波源谐波电流的数量关系㊂若关注母线m谐波电压为Um,某一母线i谐波贡献电压即谐波责任为U i,则各个谐波源的谐波贡献U i之和为U m,即Um=ðN i=1Z mi I i=ðN i=1U i(6)式中,Z mi为谐波阻抗,m=i时为自阻抗,mʂi时为互阻抗;I i为注入节点i的某次谐波[30]㊂则定义母线i的谐波源对关注母线m的谐波责任为U i在Um上的投影长度占U m模长的百分比㊂文献[31]中使用独立分量法求解式(6)中的谐波自阻抗㊁互阻抗,计算配电网多谐波源谐波责任㊂这种方法可以同时做到谐波源定位和谐波责任划分,但不能分离出被非线性混合的数据源,也不能完成数据中非线性特征的提取㊂文献[32]在此基础上提出了误差更小的核独立分量分析算法用于谐波责任划分㊂这种方法考虑了配电网中所有可能存在的谐波源,同时这种方法把谐波电流分为缓慢变化量与快速变化量,减小了谐波源之间的耦合,使谐波源定位更加准确㊂上述方法为配电网多谐波源谐波责任分摊提供了具体方法,但是这些方法假设系统谐波阻抗保持恒定,对于系统谐波阻抗变化的系统并不适用㊂66㊀电工电能新技术第38卷第1期文献[33]在已知配电网主要谐波源位置时,将其余非线性负荷提供的谐波计入背景谐波,近似认为其为一个定值,计算某一母线对关注母线的谐波责任㊂根据回归复残差值的大小将背景谐波电压数据分为若干段,以减小背景谐波电压波动对求解的影响,在每段内使用一种基于加权函数的复数域多元线性回归算法,通过权重函数对数据进行筛选,保证每个数据段内没有错误的背景谐波电压数据,使谐波责任电压的计算更加精确㊂这种方法需要已知谐波源的具体位置,并且数据量的大小会影响数据筛选方法的有效性㊂5㊀现有研究的共性问题通过第2~4节的分析可知,谐波责任划分研究面临着一个共性问题:如何量化背景谐波电压的波动㊂现有解决方法大体可以分为数据筛选法和来源分析法两类㊂数据筛选法只考虑将背景谐波电压相近的部分筛选出来,分成不同的背景谐波电压进行线性拟合㊂这种方法是一种分段线性化的方法,在背景谐波波动较大的情况下,分段的多少会影响计算的复杂性和计算结果的准确性,也会对数据筛选本身带来一定的困难㊂来源分析法先分析谐波的主要来源,量化除关注对象外主要谐波来源的谐波电压,并将其余部分计入背景谐波电压,以减小背景谐波电压的数值大小,从而削弱其波动对计算结果的影响㊂该方法的实质是近似,来源分析越详细,近似求解结果越精确,但是背景谐波电压的来源复杂,现有方法都不能非常全面地考虑所有可能的来源㊂在DG大量并网的条件下,谐波电压波动较大,通过简单近似忽略背景谐波电压的波动是否合理还需进一步研究及验证㊂6㊀DG并网条件下的谐波责任6.1㊀DG并网条件下的谐波特征DG大多通过电力电子设备并网,使电网谐波污染更加严重[34,35]㊂DG接入配电网的谐波特征与传统配电网的谐波特征有所不同,总结如表1所示㊂(1)谐波发射特性更复杂㊂与传统的非线性负荷不同,DG的谐波发射特性受多种因素影响,主要分为以下两类㊂1)受DG自身运行特性的影响㊂以光伏电源为㊀㊀㊀㊀表1㊀传统配电网与DG接入配电网谐波特征对比Tab.1㊀Comparison of harmonic characteristics betweentraditional distribution network andDG access distribution network谐波特征传统配电网DG接入配电网谐波发射特性较简单和明确受多种因素影响,波动大谐波潮流㊀㊀传统谐波潮流谐波潮流的不确定性加剧谐振来源㊀㊀无功补偿装置㊁接地电阻等逆变器和LCL型滤波器等例,光伏逆变器接入低压电网总谐波电流畸变率(THD i)可能由于输出功率低或其他原因而超过允许值[36];光伏模块受光照的影响较大,当光伏模块被部分遮挡后,THD i将明显增大;光伏逆变器受配电网谐波电压畸变的影响,当配电网本身已存在较大电压畸变时,可引起光伏逆变器THD i明显增大甚至停止工作[37]㊂2)多个DG之间的谐波交互影响㊂由于DG通过逆变器并网,其谐波发射特性还受到其他DG的影响㊂单个DG独立运行时非常好的逆变器控制方法,在多个逆变电源同时运行时谐波含量明显增加,严重时还可能在两个逆变电源之间出现谐波环流[38]㊂(2)谐波潮流不确定性加剧㊂风力㊁光伏发电系统等DG出力受天气变化等因素的影响,其功率输出所具有的随机性和不确定性比传统非线性负荷更加剧烈㊂为分析风力㊁光伏发电系统出力的不确定性对配电网谐波状况的影响,传统谐波潮流计算方法已无法满足要求,研究这种情况下的不确定潮流计算成为解决此类问题的有效工具[39]㊂由于传统谐波潮流较少考虑DG的谐波特性与输出功率之间存在的相关性,因此难以得出理想结果[40]㊂(3)谐振来源多样化㊂DG常通过电力电子逆变器接入,并设有LCL型并网逆变器,这给系统带来了新的谐振问题㊂并网逆变器通常采用LCL滤波,当电网等效感抗增大时,谐振点降低到谐波含量较大的11㊁13等频次时,谐振现象异常显著[41]㊂光伏逆变器还可能与配电网其他输电和用电设备构成串联或并联谐振电路,导致光伏逆变器谐波电流畸变率增大甚至停止工作[42]㊂6.2㊀DG并网条件下谐波责任划分难点目前对DG接入情况下的谐波责任划分研究较少㊂文献[43]中提出了一种针对光伏发电接入情王攸然,张㊀逸,邵振国,等.谐波责任划分研究现状及在分布式电源并网条件下的展望[J].电工电能新技术,2019,38(1):61-69.67㊀况下系统侧和用户侧谐波波动剧烈时,估计谐波发射水平的求解思路,认为谐波阻抗Z u 和Z c 是一个随时间变化的量,并对其在某一时间t 0进行泰勒展开,忽略二次及以上的高次项㊂然而在求解过程中,选取了与t 0相同的测量时间进行泰勒展开,使一阶项为零,实质上还是用常数近似谐波阻抗㊂由于DG 谐波特征不同于传统非线性负荷,在DG 大量接入电网的背景下,合理地划分谐波责任具有重要实际意义,但目前该方面的研究还面临着以下五点难题㊂(1)背景谐波电压波动的影响㊂由于DG 并网条件下,谐波波动较大,对现有的三类谐波责任划分方向都存在影响㊂尤其当DG 与非线性负荷连接在同一母线时,影响将更加显著㊂这种情况下,由于DG 的影响,背景谐波相对波动较大,造成谐波责任划分受到背景谐波电压波动影响较大,估计非线性负荷的谐波责任时,现有方法误差将进一步增大㊂因此,在DG 导致背景谐波电压更加剧烈波动的前提下,如何更加准确地划分谐波责任还有待进一步研究㊂(2)DG 的谐波责任难以明确㊂DG 的谐波发射及相互作用特性较复杂,比如采用电力电子逆变器并网DG,接入谐波较小的电网时,发射的谐波电流不大;但接入有谐波污染的配电网时,其谐波电流会明显增大㊂在这种情况下,导致谐波超标的责任将难以准确划分㊂如何通过新的指标合理进行划分,需要进一步研究㊂(3)谐振对谐波责任划分的影响㊂由于DG 大多经过电力电子逆变器并网并配合LCL 滤波器使用,给电网带来新的谐振问题㊂对于光伏逆变器,当有功功率低于其额定值时,由于阻抗谐振或背景谐波的影响,有时电压没有明显的失真然而电流失真已经超出能允许的范围㊂传统的谐波责任划分大多数基于谐波电压计算,在DG 并网条件下这种方法是否适用,用什么指标和标准判断DG 的谐波责任更合理还有待后续研究㊂(4)DG 的不确定性对谐波责任划分的影响㊂由于大多数DG,如光伏㊁风电受到自然因素的影响,发出功率具有不确定性,导致谐波也有不确定性㊂现有谐波责任划分方法均为确定性方法,即各个PCC 的谐波数据均为确定值,还缺少不确定条件下谐波责任划分方法研究㊂(5)谐波源之间的交互影响㊂文献[44]中提出谐波责任划分的一个新问题:DG 接入配电网,使谐波源相互之间的影响也越来越强,谐波源之间的耦合变得越来越不容忽视㊂谐波耦合将使谐波责任区分变得模糊,影响用户责任的定量分析㊂估算单谐波源责任分摊时,如果还用 实际电流 进行估算,可能会造成较大的误差㊂7 结论本文认为未来谐波责任划分存在以下四个需要深入探讨的问题㊂(1)合理责任指标的定义㊂目前谐波责任指标的定义有很多,但实质都是基于传统的投影指标,即计算关注用户或母线谐波电压在PCC 谐波电压投影占PCC 谐波电压模的百分比来衡量㊂新形势下,该指标是否合理还需论证㊂(2)背景谐波的影响㊂背景谐波电压的波动问题给谐波责任划分带来误差,现有方法的实质都是削弱背景谐波电压波动,在波动较大的情况下效果不理想㊂分析背景谐波电压的波动规律,准确量化背景谐波电压的波动,更精确地求解谐波责任的方法还有待进一步研究㊂(3)DG 并网条件下的谐波责任划分㊂由于DG并网条件下谐波特性与传统配电网存在差异,需要对这种情况下谐波责任的定义㊁指标进行深入探讨,确定合理㊁准确的谐波责任划分新方法㊂(4)工程实用的谐波责任划分㊂现有方法大多需要对母线的谐波电压和各馈线的谐波电流进行专门的精确测量,如何利用目前国内大量部署的电能质量监测系统的统计数据进行工程实用的谐波责任划分,需要进一步研究与实践㊂谐波责任划分主要包括谐波发射水平估计㊁单母线谐波责任分摊以及配电网多谐波源谐波责任分摊三个研究方向㊂本文首先总结了每个方向现有方法的基本原理和研究现状,并总结了量化背景谐波电压波动的共性问题;然后基于分布式电源并网条件下的谐波特性,探讨了此条件下合理划分谐波责任的难点,包括背景谐波电压波动更剧烈,谐波责任定义不适用,谐振㊁不确定性谐波及谐波耦合对责任划分的影响等;最后对谐波责任划分未来待研究的问题进行了展望㊂参考文献(References ):[1]肖楚鹏,李鹏飞,邱泽晶,等(Xiao Chupeng,Li。
基于DBSCAN聚类和区间回归的多谐波责任划分
01监测数据采集与谐波责任划分分析1.1 谐波监测数据采集与样本集构建电能质量监测装置监测点如图1所示，监测装置一般部署在10 kV 母线公共连接点上，数据采样间隔为3 min，可获得母线谐波电压数据和多条馈线的谐波电流数据。
图1 电能质量监测系统与数据采集示意Fig.1 Schematic diagram of power quality monitoring system and data acquisition目前电网公司所使用的谐波监测装置输出的测量数据一般为一段监测周期内的统计值，如最大值、最小值、平均值和95%概率大值。
注入电力系统关注节点的谐波监测数据可用该监测周期内的最小值与最大值组成的区间来表征，取其构成的区间来表示谐波电流的范围，设存在区间谐波电流样本集X为式中：[x i j]为j次谐波在第i个监测时段内监测数据所属的区间，[x ij]=[x i j(mi n),x ij(m ax)]，x ij(max)、x i j(mi n)分别为监测数据的最大值、最小值。
1.2 多谐波源谐波责任当电力系统中存在多个谐波源分散分布时，任一关注节点上的谐波电压畸变都是由所有谐波源注入谐波电流而引起的共同结果。
对某一关注节点而言，为对谐波实现科学准确的管控，须定量分析电力系统中每个谐波源在该节点谐波电压畸变中应准确承担的谐波责任。
假设该电力系统中含有n个谐波源，其系统谐波电压方程为式中：U为节点的谐波电压向量；I为谐波电流向量；Z为谐波转移阻抗矩阵。
展开可表示为式中：第m行对应关注节点m；其谐波电压U m等于系统中n个谐波源共同在该节点贡献之和，即式中：Z为关注节点m和谐波源s(s=1, 2, ···,n)之间的谐波阻抗（当s≠m ms时为互阻抗，当s=m时为自阻抗）；U ms为谐波源s（s=1, 2, ···,n）对关注节点m的谐波电压贡献值。
考虑风机谐波阻抗的谐波责任划分
China Science & Technology Overview油气、地矿、电力设备管理与技术考虑风机谐波阻抗的谐波责任划分王睿琦（西南交通大学电气工程学院，四川成都611756）摘要:本文旨在分析考虑风机谐波阻抗下风电场谐波责任划分，以永磁直驱型风机接入电网为例，以目前较为成熟的谐波责任计 算方法为基础，对风电谐波阻抗及谐波责任进行估算。
传统谐波责任估算方法由于存在系统侧谐波阻抗要远小于用户侧的假设,因此常 将用户侧谐波阻抗忽略，而作为用户侧接入电网的风电场，由于包含大量非线性元件，因此其谐波阻抗不能忽略。
本文根据风力发电场 的组成及相应的拓扑结构，建殳合适的风机和风电场电气谐波模型，用于估算风电场的谐波阻抗，并对传统主导波动量法的计算步骤进 行相应的改进，利用MATLAB 仿真软件，对谐波阻抗和谐波责任进行仿真计算并分析计算结果，用以验证本文方法的可行性，并总结一种 能够进一步降低估算误差的谐波责任估算方法。
关键词:风力发电；永磁直驱风机；电能质量；谐波阻抗；谐波责任划分中图分类号:TM711文献标识码:A文章编号:1671 -2064（2020） 12-0191-051谐波阻抗研究1.1研究背景随着电力系统的发展，电力系统逐渐由单一的大容量集 中式发电形式向分布式电源和集中式发电相结合的形式转变，提高了电力系统的稳定性，同时降低维护成本。
其中分布式 风力发电是应用较为广泛的分布式电源，是指采用风力发电机作为供电设备的分布式电源，单台风力发电机发电功率较 小，通过模块化设备组分布式的布置在用电负荷附近，能够 针对集中式大功率供电难以达到的地区以及负荷容量进行补足和替代，同时风力发电是一种无污染的可再生能源，不会对环境造成严重的破坏。
但同时风能的接入会对电网产生负面影响。
首先风能的 来源不稳定，其产生的电能具有随机性和波动性的特点，不利于电力系统的稳定运行。
其次近年来恒频、可变速的风机逐渐成为风力发电的主要机型，因此大量的整流逆变设备接 入电力系统，给电网带来了巨大的谐波问题，进而影响电网 中的电能质量。
电力系统谐波检测与分析研究
电力系统谐波检测与分析研究电力系统在供电过程中产生谐波，这是由于电力系统中的非线性负载导致电流和电压的波形失真所致。
谐波对电网设备的运行安全和电力质量都有着重要的影响。
因此，对电力系统谐波进行检测和分析成为了电力行业中的一个重要课题。
本文将探讨电力系统谐波检测与分析的研究进展以及相关技术和方法。
首先，我们将介绍电力系统谐波的基本概念和产生原因。
接着，我们将介绍谐波检测的主要方法和技术。
最后，我们将讨论谐波分析的研究成果和应用。
电力系统谐波是电力系统中频率为基波频率的整数倍的波形成分。
这些谐波产生的原因主要是非线性负载的存在，如电子设备、电力电子设备、调制器等。
在电流和电压波形失真的情况下，谐波的存在会导致电力系统中的功率流失、电流增大、电磁干扰等问题。
而这些问题都与电力系统的稳定性和电力质量密切相关。
谐波检测是指对电力系统中的谐波进行测量和监测的过程。
主要方法包括功率谐波分析仪、示波器、频谱分析仪等。
功率谐波分析仪是一种能够精确测量电流和电压谐波含量的仪器，可以对电力系统中的谐波进行实时监测和分析。
示波器则可以用来显示电流和电压的波形，通过观察波形的形状和频谱，可以初步判断谐波的存在。
频谱分析仪则可以对电力系统中的信号进行频谱分析，可以更加准确地测量和分析谐波含量。
谐波分析是在谐波检测的基础上，对谐波进行详细的分析和研究。
谐波分析可以从频谱分析的角度来研究谐波的特性和分布。
通过分析谐波的频率分布，可以确定谐波的来源和产生机制。
同时，谐波分析还可以研究谐波对电力系统的影响，如电流和功率的失真、电力设备的损耗等。
谐波分析的研究成果可以为电力系统的运行和维护提供科学依据。
近年来，随着电力系统规模的扩大和电力负载的增加，谐波检测与分析研究也得到了更多的关注和重视。
在谐波检测方面，不断涌现着更加精确和高效的检测仪器和技术。
谐波分析方面，研究者们通过模拟和实验等手段，深入研究和分析了谐波的特性和对电力系统的影响。
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统性能的一个重要因素。
谐波的存在不仅会降低电能质量，还可能对电力设备造成损害，增加能耗，甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有极其重要的意义。
一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。
在电力系统中，谐波的产生主要源于以下几个方面：1、非线性负载电力系统中的许多负载，如电力电子设备（如变频器、整流器、逆变器等）、电弧炉、荧光灯等，其电流与电压之间不是线性关系，从而导致电流发生畸变，产生谐波。
2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形，进而产生谐波。
3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，以及铁芯的不均匀等因素，也会产生少量的谐波。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的，主要包括以下几点：1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时，会增加线路的电阻损耗和涡流损耗，导致电能的浪费。
2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热，降低电机的效率和使用寿命；对电容器来说，谐波可能导致其过电流和过电压，甚至损坏；对于变压器，谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。
3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作，导致信号失真、误码率增加等问题。
4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变，导致电压波动、闪变等问题，影响供电的可靠性和稳定性。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析和测量。
常见的谐波分析方法主要有以下几种：1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。
通过对周期性信号进行傅里叶级数展开，可以得到各次谐波的幅值和相位。
2、快速傅里叶变换（FFT）FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法，大大提高了计算效率，适用于对大量数据的实时分析。
试分析配电网中谐波源定位与检测方法
试分析配电网中谐波源定位与检测方法发布时间：2021-06-28T16:30:15.607Z 来源：《基层建设》2021年第9期作者：张玉建[导读] 摘要：科技的进步发展为国家电力系统的进步提供技术支持，现阶段用电质量不断提高，电力系统发展愈发稳定，但实际输电过程中配电网中存在的谐波会影响电力系统的稳定性和可靠性。
中天合金技术有限公司江苏南通 226000摘要：科技的进步发展为国家电力系统的进步提供技术支持，现阶段用电质量不断提高，电力系统发展愈发稳定，但实际输电过程中配电网中存在的谐波会影响电力系统的稳定性和可靠性。
鉴于此，文章对配电网中的谐波源分类和产生原因进行了简述，对谐波源定位和检测提出发展建议。
关键词：配电网；谐波源定位；检测方法引言企业和居民用电质量受到电力系统运行安全和稳定性的直接影响，尤其是近几年来科技社会不断发展，企业发展和居民日常需求用电量急剧增加，各类电力设备的不断出现加大了电力系统的用电负荷，尤其是用电高峰期时，电能质量较差。
除此之外，谐波出现也造成了电能质量的极大降低，增加电能损耗，要求技术人员做好配电网谐波污染处理，提高电能利用率。
现代化配电系统复杂多变，解决谐波问题，首先要做好准确定位，之后根据实际情况选择合理措施，降低谐波对电能质量的影响，保障电力系统的安全稳定运行。
1配电网中谐波1.1谐波的概念电力谐波作为电能生产传输过程中产生的电子垃圾直接影响到电力系统的配电正常。
配电网络中的交流电压和交流电流通常是具有良好波形的正弦工频波，但实际配电网络中的波形具有一些非正弦形失真。
根据电路的基本原理，当对线性无源元件的电阻，电感和电容施加正弦电压时，正弦波的频率不发生改变；反之亦然。
在非线性电路中施加正弦电压时，电流将为非正弦波，电压波形也将是非正弦波。
谐波定义是电能定量循环的非正弦分量，基频是基频的整数倍数。
1.2谐波源的分类我们将配电系统生产、传输过程中容易出现谐波的设备称为谐波源。
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