CN104833886A - 一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，包括以下步骤：(1)若待评价谐波的位置位于电网公共连接点，则进入步骤(2)，若位于电网不同层级之间，则进入步骤(5)；(2)获得***谐波阻抗Z_s和用户谐波阻抗Z_c，从公共连接点流向Z_c的谐波电流(3)将等效为从用户侧注入公共连接点的谐波电流(4)将值与国标允许值比较并评价；(5)获得直流侧节点的谐波自阻抗负荷侧节点线性负荷的等值谐波阻抗直流侧节点流向负荷侧节点线性负荷的谐波电流(6)将等效为负荷侧节点的注入谐波电流(7)将值与国标允许值比较并评价。本发明对城市电网直流落点谐波从高压级向低压级的传导，提供了有效的谐波评价方法。

Description

一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法

技术领域

本发明涉及电网谐波评价方法，尤其是涉及一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法。

背景技术

在电力***中出现谐波电压和电流会对电气设备产生危害，造成设备过热、绝缘老化，引起传输能量的衰减，功率因数的降低，因此，谐波问题历来受到重视。随着电力电子元件在电力***中的大量使用，它们在改善电能质量之余，也给***带来了更为严重和复杂的谐波问题。

在我国能源流通量大、距离远的实际情况下，国家正着手建立强大的特高压输电网络。西电东送、南北互供、全国联网、大范围内的资源共享和优化配置的要求给电力事业提出新的考验，高压直流输电技术应运而生。高压直流输电采用的换流装置是典型的非线性电子装置，它在电能传输过程中会在换流变的交直流侧产生各种谐波。

对于含直流落点的城市电网，谐波传导具有双向性，即低电压级的非线性负荷产生的谐波向高电压级扩散的同时，高电压级的直流落点谐波也会向低电压级传导。大量实测数据表明，直流落点谐波在城市电网谐波传播中占主导。

针对这一新问题，首先，直互联***接入使城市电网谐波具有从高电压等级向低电压等级逐级传导特征，这与低电压级扩散到高电压级的谐波具有不同的特征。然而，现有的谐波分析方法，包括谐波国标评价体系，通常是针对传统电网中谐波由低电压级向高电压级扩散提出的。以公用电网谐波GB/T 14549-1993标准为例，该标准规定了公用电网谐波的谐波电压限值和注入公共连接点的谐波电流允许值，标准中对谐波源的定义仅限于向公共电网注入谐波电流或在公共电网中产生谐波电压的电器设备，在规定公共连接点的谐波电流允许值及分配原则时，也只针对公共连接点的用户侧谐波源，未涉及***侧谐波源，整个标准的适用范围限于传统电网谐波由低电压级向高电压级扩散的情况。如果仍然直接采用国标框架下的谐波电流允许值来评价直流落点产生的谐波电流大小，由于标准是针对用户侧谐波源制定的，而直流落点谐波属于***侧，两者概念不同，这种评价将失去意义，目前缺少一种适用于直流落点谐波从高电压级向低电压级传导过程的分析及评价方法。

再者，直流落点谐波经过滤波器抑制后在公共联接点是符合谐波国标的，但受电网结构影响，尤其是电缆和架空线对地电容在电网中的感容耦合容易造成高次谐波放大，从而影响谐波传导过程，导致谐波超标。

因此，找到一种城市电网直流落点谐波从高电压级向低电压级传导特性的分析及评价方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种对从高压级向低压级传导的直流落点谐波进行有效分析和评价的方法，将高电压级注入低电压级的谐波电流按等效原理转换为谐波国标框架下低电压级注入高电压级的谐波电流，并与国标谐波电流允许值比较，以评价其影响程度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，包括以下步骤：

(1)判断待评价谐波的位置，若待评价谐波的位置位于电网公共连接点，则进入步骤(2)，若位于电网不同层级之间，则进入步骤(5)；

(2)计算***谐波阻抗Z_s和用户谐波阻抗Z_c，测量从公共连接点流向Z_c的谐波电流

(3)以产生相同谐波电压为等效条件，将等效为从用户侧注入公共连接点的谐波电流

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{eqo}1}=\left|\frac{Z_c}{Z_s}\right|{\stackrel{\·}{I}}_{o1};$

(4)将值与该点国标注入电流允许值比较，获得评价结果，退出；

(5)计算直流侧节点的谐波自阻抗负荷侧节点的线性负荷抗测量直流侧节点的谐波源流向负荷侧节点的线性负荷的电流其中，h为待评价谐波的次数；

(6)以产生相同谐波电压为等效条件，将等效为负荷侧节点的注入谐波电流

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{eqoL}}^h=\left|\frac{Z_L^h}{Z_{\mathrm{jj}}^h}\right|{\stackrel{\·}{I}}_L^h;$

(7)将值与该点国标注入电流允许值比较，获得评价结果，退出。

所述和测量方法为：在支路中串入谐波分析仪进行测量。

所述***谐波阻抗Z_s和用户谐波阻抗Z_c通过电网谐波参数方法计算获得。

所述***谐波阻抗Z_s的计算中去除了滤波器的作用。

所述直流侧节点的谐波自阻抗负荷侧节点的线性负荷抗通过电网谐波参数方法计算获得。

与现有技术相比，本发明具有以下效果和优点：

(1)针对城市电网直流落点谐波从高电压级向低电压级传导的过程，将高电压级注入谐波电流等效为低电压级的注入谐波电流，弥补了国际谐波电流规定中的空白部分。

(2)分别就谐波在同一公共联结点和不同电压等级传导时的两种情况，给出了谐波电流的等效转换方法，对于含直流落点城市电网中的某点或某区域的谐波传导均能给出相应的分析方法，具有广泛的适应性。

(3)将高电压级注入谐波电流限定在标准允许范围内，避免电网谐波危险因素。

(4)测量和计算方法简单，容易实现，具有较高的工程使用价值。

附图说明

图1为***侧和用户侧等值电路图；

图2为不同层级网络之间谐波传递模型图；

图3为某城市局部电网计算模型图；

图4为11次各支路谐波电流、等效注入电流和国标注入电流允许值比较图；

图5为13次各支路谐波电流、等效注入电流和国标注入电流允许值比较图；

图6为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图6所示，本实施例提供一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，具体步骤为：

S1，判断待评价谐波的位置，若位于电网公共连接点，则进入步骤(2)，若位于电网不同层级之间，则进入步骤S5；

S2，利用电网谐波参数方法计算***谐波阻抗Z_s和用户谐波阻抗Z_c，其中Z_s的计算中去除了滤波器的作用；在用户支路中串入谐波分析仪，测量从公共连接点流向Z_c的谐波电流

S3，以产生相同谐波电压为等效条件，将等效为从用户侧注入公共连接点的谐波电流

S4，将值与该点国标注入电流允许值比较，并评价其影响程度，获得评价结果，退出。

S5，计算直流侧节点i的谐波自阻抗负荷侧节点j的线性负荷等值谐波阻抗在支路中串入谐波分析仪，测量节点i的谐波源流向j的线性负荷的电流其中，h为待评价谐波的次数；

S6，以产生相同谐波电压为等效条件，将等效为节点j的注入谐波电流

S7，将值与该点国标注入电流允许值比较，并评价其影响程度，获得评价结果，退出。

下面对和的计算方法作详细介绍：

如图1所示，当谐波在同一公共联结点传导时，设谐波电压是***侧谐波源单独作用的结果，在公共联结点流向用户谐波阻抗Z_c的谐波电流为即

${\stackrel{\·}{I}}_{o1}=\frac{{\stackrel{\·}{V}}_{o1}}{Z_c}$

同理，设谐波电压是用户侧谐波源单独作用的结果，在公共联结点流向***谐波阻抗Z_s的谐波电流为即

${\stackrel{\·}{I}}_{o2}=\frac{{\stackrel{\·}{V}}_{o2}}{Z_s}$

因为|Z_c|＞＞|Z_s|，即用户谐波阻抗幅值远大于***谐波阻抗幅值，所以产生同样大小的谐波电压，即V_o1＝V_o2时，***侧注入公共联接点谐波电流远小于用户侧注入公共联接点谐波电流为了在谐波国标框架下对两侧注入电流有一个等价评估标准，将***侧注入公共联接点谐波电流按下式等价为从用户侧注入公共连接点的谐波电流：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{eqol}}=\left|\frac{Z_c}{Z_s}\right|{\stackrel{\·}{I}}_{o1}$

根据此式计算的与具有相同效果，可以直接用国标注入电流允许值来衡量其影响程度。

如图2所示，当谐波在电网不同层级传播时，以节点i的直流侧谐波源与节点j的非线性负荷谐波源在节点j的作用为例进行说明，首先，根据谐波传递模型建立h次谐波的谐波阻抗方程为：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_i^h\\ {\stackrel{\·}{V}}_j^h\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ii}}^h& Z_{\mathrm{ij}}^h\\ Z_{\mathrm{ji}}^h& Z_{\mathrm{jj}}^h\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_i^h\\ {\stackrel{\·}{I}}_j^h\end{array}\right]$

其中，分别是节点i和节点j的h次注入谐波电流；是由共同作用，分别在节点i和节点j上产生的h次谐波电压；分别表示节点i和节点j的h次谐波自阻抗；分别表示节点j与i之间、节点i与j之间的h次谐波互阻抗。

由上式可知，当单独作用在节点j时，产生的谐波电压为：

${\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{ji}}^h=Z_{\mathrm{ji}}^h{\stackrel{\·}{I}}_i^h$

当单独作用在节点j时，产生的谐波电压为：

${\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{jj}}^h=Z_{\mathrm{jj}}^h{\stackrel{\·}{I}}_j^h$

当与相等时：

$Z_{\mathrm{ji}}{\stackrel{\·}{i}}_i^h=Z_{\mathrm{jj}}^h{\stackrel{\·}{I}}_j^h$

因此，可将节点i的直流侧谐波源等效为

${\stackrel{\·}{I}}_j^h=\frac{Z_{\mathrm{ji}}^h}{Z_{\mathrm{jj}}^h}{\stackrel{\·}{I}}_i^h$

根据此式计算的与具有相同效果，然而无法直接测量；

直流侧谐波源实际流向节点j的线性负荷的电流为：

${\stackrel{\·}{I}}_L^h=\left|\frac{Z_{\mathrm{ji}}^h}{Z_L^h}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i^h$

式中：是节点j的线性负荷的等值谐波阻抗。

通常情况下，所以 能在现场直接测量到。于是产生假象：当低于谐波国标允许值时，认为谐波电流是合格的。因此，为了在谐波国标框架下对两侧注入电流有一个等价评估标准，测量的谐波电流应该下式进行等效变换，才是国标意义下的注入电流值：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{eqoL}}^h=\left|\frac{Z_L^h}{Z_{\mathrm{ii}}^h}\right|{\stackrel{\·}{I}}_L^h$

经过这样的变换，可以通过测量来得到等效的从用户侧注入公共连接点的谐波电流，然后直接用国标注入电流允许值来衡量其影响程度。

如图3所示，将实际某城市局部电网中的11次、13次的各支路谐波的谐波电流现场测量值和计算值分别进行比较，结果如表1所示：

表1支路谐波电流

针对支路谐波电流数据，图4、图5分别显示了11次、13次各支路的谐波电流、等效注入电流和国标注入电流允许值比较。可以看出，由国标框架下的谐波电流允许值评价直流落点谐波产生的支路谐波电流大小是没有意义的，因为两者概念不同。国标框架下的注入谐波电流是指从负荷侧流向***侧，而直流落点的谐波是从***侧流向负荷侧，两者同样大小产生的谐波电压不同，按本发明作变换得到等效注入电流，与国标才有了可比性。具体的，从图4、图5可以看出，如果不采用本发明对谐波电流作等效变换，除线1外其余各支路的11次、13次谐波电流均明显小于对应母线的国标谐波电流允许值，整体判断结果是直流落点产生的支路谐波电流不严重。然而，对谐波电流作等效变换后，等效注入谐波电流大约是对应支路谐波电流的7倍以上，除变3外其余各支路的11次、13次谐波电流均超过了对应母线的国标谐波电流允许值，评价结果说明直流落点谐波带来了严重的谐波问题。综上分析可知，本发明适用于直流落点谐波从高电压级向低电压级传导过程的分析。

Claims (5)

1.一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)判断待评价谐波的位置，若待评价谐波的位置位于电网公共连接点，则进入步骤(2)，若位于电网不同层级之间，则进入步骤(5)；

(2)计算***谐波阻抗Z_s和用户谐波阻抗Z_c，测量从公共连接点流向Z_c的谐波电流

(3)以产生相同谐波电压为等效条件，将等效为从用户侧注入公共连接点的谐波电流

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{eqol}}=\left|\frac{Z_c}{Z_s}\right|{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{ol}};$

(4)将值与该点国标注入电流允许值比较，获得评价结果，退出；

(5)计算直流侧节点的谐波自阻抗负荷侧节点的线性负荷抗测量直流侧节点的谐波源流向负荷侧节点的线性负荷的电流其中，h为待评价谐波的次数；

(6)以产生相同谐波电压为等效条件，将等效为负荷侧节点的注入谐波电流

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{eqoL}}^h=\left|\frac{Z_L^h}{Z_{\mathrm{jj}}^h}\right|{\stackrel{.}{I}}_L^h;$

(7)将值与该点国标注入电流允许值比较，获得评价结果，退出。

2.根据权利要求1所述的一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，其特征在于，所述和测量方法为：在支路中串入谐波分析仪进行测量。

3.根据权利要求1所述的一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，其特征在于，所述***谐波阻抗Z_s和用户谐波阻抗Z_c通过电网谐波参数方法计算获得。

4.根据权利要求1所述的一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，其特征在于，所述***谐波阻抗Z_s的计算中去除了滤波器的作用。

5.根据权利要求1所述的一种从高压级向低压级传导的直流落点谐波评价方法，其特征在于，所述直流侧节点的谐波自阻抗负荷侧节点的线性负荷抗通过电网谐波参数方法计算获得。