CN106786608A - 一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，具体包括以下步骤：首先对于输出功率具有波动性的分布式电源，基于测量样本利用逆向云模型发生器对并网节点的输出功率进行建模；然后根据正态云模型的范围，求得DG并网节点的功率预测范围；接着基于所得的功率范围，结合边界潮流法进行不确定谐波潮流计算，求出电网谐波潮流分布；最后根据节点电压总谐波畸变率结果，判断电网各节点谐波含量是否属于安全范围。本发明对波动数据有更好的包容性，并且在相同的运算目的和条件下，所提算法计算效率远高于蒙特卡洛法，与概率潮流法计算效率相当。

Description

一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法

技术领域

本发明涉及电力***分析技术领域，特别是一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法。

背景技术

分布式电源越来越多地接入电网，它在逐渐发挥优势的同时也给电网带来了诸多危害，其中就包括波动谐波干扰。谐波潮流计算是研究电力潮流中谐波问题最直接有效的方法，谐波潮流计算可计算出电网各节点谐波电压、谐波畸变的程度和支路谐波电流，是评估电力***安全运行的重要依据。

随着电力需求的持续增长、传统能源的短缺以及电力市场的开放，目前电网正朝着高效、灵活、智能的方向发展。目前我国能源供应已经十分紧张，并且我国已经成为世界最大的碳排放国，加大可再生能源的开发力度、发展“低碳”能源结构迫在眉睫。而利用风能、太阳能等清洁能源的分布式电源是解决以上问题的好方法。

但是，由于受到天气、环境等因素的影响，并网DG输出功率具有很大的波动性，借助电力电子技术并网的DG发出的谐波电流随输出功率而波动，即节点注入谐波电流是波动的，最终导致了电力***的不确定性谐波潮流问题。针对电网中不确定谐波潮流，已有研究进行了分析，其中对概率潮流法的研究较多。概率潮流法将不确定信息视为满足随机特性，采用2阶矩判断不确定信息的波动性，即以标准差来衡量不确定度。建立符合实际的概率模型需要大量准确的基础数据，而实际应用中，一方面，在当前***硬件条件下，难以获取足够的基础数据；另一方面，概率模型仅考虑单一不确定性(随机性)，不足以反映信息的真实情况。因此，现有的随机谐波潮流计算方法难以得到准确的谐波潮流指标。

针对以上问题，本发明提出一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，不仅计算结果准确，而且简单高效，使用效果好。

本发明采用以下方案实现：一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：对于输出功率具有波动性的分布式电源，基于测量样本利用逆向云模型发生器对并网节点的输出功率进行建模；

步骤S2：根据正态云模型的3δ范围，求得DG并网节点的功率预测范围；

步骤S3：基于步骤S3所得的功率范围，结合边界潮流法进行不确定谐波潮流计算，求出电网谐波潮流分布；

步骤S4：根据节点电压总谐波畸变率结果，判断电网各节点谐波含量是否属于安全范围。

进一步地，所述步骤S1具体为：利用逆向云发生器对电网不确定节点测量的数据进行云建模：

其中，E_x为云模型期望，E_n为云模型的熵，H_e云模型的超熵，x_i为DG并网节点测量的功率数据，n为数据个数，为功率样本均值。

进一步地，步骤S2中所述3δ范围为[E_x-3(E_n+3H_e),E_x+3(E_n+3H_e)]。

进一步地，步骤S3具体为：利用已得到的并网节点功率范围，把并网节点功率这一变量的边界值作为确定性潮流计算的输入量，进行多次确定性潮流计算，得到待求变量的边界值。

进一步地，步骤S4中，所述节点电压总谐波畸变率THD_u的计算采用下式：

其中，U_H表示节点谐波电压总量，U₁表示节点基波电压。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明在对电力***谐波潮流计算过程中充分考虑了间歇性DG输出功率波动的影响，提出了完整的不确定谐波潮流计算流程，使计算结果更加准确和合理。同时，本方法简单高效，普通规划人员可以方便掌握，可为规划、运行阶段的一种适用于DG接入的电网谐波含量评判提供参考。

附图说明

图1为本发明实施例中的不确定谐波潮流计算方法的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，具体为：

(1)对于输出功率具有波动性的分布式电源(Distributed Generation,DG)，特别是利用风能、太阳能等新能源的DG，基于测量样本利用云模型发生器对并网节点的输出功率进行建模；

(2)根据正态云模型的3δ范围，求得DG并网节点的功率预测范围；

步骤(1)(2)的具体实施方式如下：

在电力网络节点中，若某节点功率具有不确定性，其将对网络潮流产生影响，在求解此类网络潮流时，即需要不确定潮流算法。首先利用逆向云发生器对电网不确定节点测量的数据x_i(节点负荷或功率)进行云建模：

运用逆向云发生器，利用上述公式，求解出不确定节点输出功率的云模型特征值C(E_x，E_n，H_e)，利用3δ规则得到不确定区间，即[E_x-3(E_n+3H_e),E_x+3(E_n+3H_e)]。

(3)基于所得节点功率范围，结合边界潮流法进行不确定谐波潮流计算，求出电网谐波潮流分布；

步骤(3)的具体实施方式如下：

以不确定节点输出功率的中心值(即正态云期望E_x)作为该节点的注入功率给定值进行确定性潮流计算。计算采用网络方程逐次线性化的数学方法。

电网络功率偏差表达式：

f(x)＝S_n-S(x)＝0

式中：S_n为所有节点功率构成的向量，包括不确定节点的输出功率E_x；S(x)为节点注入功率和节点电压之间的函数表达式；x是节点电压。

如果我们能找到一组x，代入上式使得f(x)等于0，这组x就是潮流问题的解。实际上x是无法预先知道的，于是我们给定x的初值x⁽⁰⁾(或写成x₀)，在x₀处将(4)式进行一阶泰勒展开

定义为潮流雅克比(Jacobi)矩阵，则有

用Δx修正x₀而得到x的新值。写成一般形式，有

显然，x^(k+1)比x^(k)更接近于解点，反复迭代后Δx将趋近于0，设置计算精度pr＝0.00001,当Δx≤pr，潮流结果满足计算精度要求，潮流迭代结束，求得潮流解Z₀(Z₀＝x^{(k +1)})。

云潮流将E_x作为输入变量经一次确定性潮流计算，得到的潮流输出变量中心值Z₀。

潮流解的边界值可以由下式表示:

Z＝Z₀±ΔZ

式中：Z为输出变量；Z₀为输出变量的中心值；ΔZ为输出变量的变化量。

ΔZ不需要重新进行潮流计算，利用输入变量与输出变量间敏感系数即：

式中：Δf为所有节点功率波动构成的向量，其中仅有不确定节点为3(E_n+3H_e)，其他节点应为0；为状态变量与输出变量间的敏感系数，可近似为雅克比逆矩阵。

由上式可知，输出变量的变化量可以由输入变量范围值与敏感系数的乘积计算得出近似值，根据云潮流不确定区间[E_x-3(E_n+3H_e),E_x+3(E_n+3H_e)]，利用改进的边界潮流法即可快速求出输出变量范围[Z_-c,Z_c]。因此，云潮流计算仅需一次确定性潮流计算。

(1)网络谐波源的谐波参数

目前DG并网大多采用电力电子技术，因此本文考虑谐波潮流计算中的谐波源由DG采用电力电子逆变器并网形成。对三相桥式电流型逆变器分析，认为其输出的线电流i₁使用傅里叶级数加以展开为

式中：i₁中除含有基波外，还含有6K±1等次的谐波量并且K＝1，2，…，即还含有第5，7，11，13…h…等次的谐波量，各次谐波电流的比例：20％、14.29％、9.09％、7.69％，…1/h…,即:

I_h＝I₁/h

在基波云潮流计算基础上，已知I₁。可根据上式计算谐波源节点注入谐波电流。

(2)网络各元件等值电路的谐波参数

依据所在电网络中元器件的不同特性，得出元器件(如发电机、输电线、负荷等)在各次谐波下的等效谐波参数。

1)发电机谐波参数

X_Gh＝hX_G1

式中X_G1为发电机基波电抗；h为谐波次数。

2)输电线路的谐波参数

Z_Lh＝R₁+hX₁

式中R₁为线路基波电阻；X₁为线路基波电抗。

3)负荷的谐波参数

式中：S为负荷功率；P为负荷有功功率；Q为负荷无功功率。

根据元器件在各次谐波下的等效谐波参数，求得相应的网络谐波导纳矩阵Y(h)。

(3)含DG的谐波潮流计算

基于谐波导纳矩阵与节点谐波电流量求解出电网节点谐波电压，计算公式如下：

式中：Y(h)为第h次的谐波分量所对应的节点导纳矩阵；为第h次的谐波分量所对应的节点电压向量；为第h次的谐波分量所对应的节点电流向量；

(4)根据节点电压总谐波畸变率(THD_u)结果，判断电网各节点谐波含量是否属于安全范围；

步骤(4)的具体实施方式如下：

求解节点电压总谐波畸变率等。计算公式如下：

式中：U_H某节点谐波电压总量；U₁为该节点谐波电压的基波幅值；THD_u为该节点电压总谐波畸变率。

本发明考虑含DG的不确定谐波潮流计算方法，如图1所示，具体流程如下：

(1)云潮流法基于逆向云发生器对不确定节点进行建模，得到此类节点云模型的特征值；

(2)根据3δ规则将不确定节点上的不确定信息转换为输入变量区间值，即[E_x-3(E_n+3H_e),E_x+3(E_n+3H_e)]；

(3)改进的边界潮流法对输入变量中心值(即云期望E_x)进行一次潮流计算，再利用***敏感系数(近似潮流计算最后一次迭代的雅克比矩阵的逆)与输入变量范围值Δf(输入变量中心值与输入变量边界值的差的绝对值)求出电力***中不确定因素对电网的影响(即潮流状态变量的可能性范围值ΔZ)，由此得出待求变量区间值。

(4)求得电网各节点电压总谐波畸变率THD_u，参考国标GB/T14549-1993，得出各节点THD_u是否越限的结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：对于输出功率具有波动性的分布式电源，基于测量样本利用逆向云模型发生器对并网节点的输出功率进行建模；

步骤S2：根据正态云模型的3δ范围，求得DG并网节点的功率预测范围；

步骤S3：基于步骤S3所得的功率范围，结合边界潮流法进行不确定谐波潮流计算，求出电网谐波潮流分布；

步骤S4：根据节点电压总谐波畸变率结果，判断电网各节点谐波含量是否属于安全范围。

2.根据权利要求1所述的一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：利用逆向云发生器对电网不确定节点测量的数据进行云建模：

$E_x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i,$

$E_n=\sqrt{\mathrm{\π}/2}\×\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|x_i-\stackrel{\‾}{X}|.$

$H_e=\sqrt{|\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(x_i-\stackrel{\‾}{X})}^2-E_n^2|};$

其中，E_x为云模型期望，E_n为云模型的熵，H_e云模型的超熵，x_i为DG并网节点测量的功率数据，n为数据个数，X为功率样本均值。

3.根据权利要求1所述的一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，其特征在于：步骤S2中所述3δ范围为[E_x-3(E_n+3H_e),E_x+3(E_n+3H_e)]。

4.根据权利要求1所述的一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，其特征在于：步骤S3具体为：利用已得到的并网节点功率范围，把并网节点功率这一变量的边界值作为确定性潮流计算的输入量，进行多次确定性潮流计算，得到待求变量的边界值。

5.根据权利要求1所述的一种适用于分布式电源接入的不确定谐波潮流计算方法，其特征在于：步骤S4中，所述节点电压总谐波畸变率THD_u的计算采用下式：

${\mathrm{THD}}_u=\frac{U_H}{U_1}\×100\%;$

其中，U_H表示节点谐波电压总量，U₁表示节点基波电压。