柔性负荷接入下基于阻抗的配电网谐波传播路径识别方法与流程

本发明涉及柔性负荷接入下的配电网谐波传播路径识别，尤其是指一种柔性负荷接入下基于阻抗的配电网谐波传播路径识别方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统的加速建设，柔性负荷（如电动汽车充电桩、分布式储能、可中断负荷等）大规模接入配电网，已成为提升电网灵活调节能力的关键手段。然而，这类负荷的广泛接入也带来了严峻的电能质量问题，其中谐波污染尤为突出。与传统的固定工业谐波源不同，柔性负荷具有随机性、时变性和分散性，其产生的谐波与上游电网自身固有的背景谐波在并网节点处相互叠加、高度混叠，严重威胁电力设备的安全运行，甚至可能引发电网谐振事故。

2、针对配电网谐波问题，当前的常规排查手段主要分为两类：一是在特定节点安装滤波装置进行事后治理，二是基于理想化的仿真模型对谐波分布进行预估。这些方法的共同逻辑是假设谐波源的位置相对固定、传播路径单一，从而可以在少数关键节点进行监测或滤波。然而在实际运行中，由于柔性负荷的大量接入，配电网节点处的谐波呈现出复杂的混叠状态——上游电网传递下来的背景谐波与本节点柔性负荷自身运行产生的谐波在电气上完全叠加。这种混叠现象导致传统监测手段无法有效剥离两类不同性质的谐波，进而造成谐波传播方向的模糊。

3、现有技术在处理这一问题时，通常依赖经验性的阈值判断或简单的功率流向分析，但受限于阻抗参数的时变性和现场实测数据的缺乏，难以准确界定谐波的真实来源与责任归属。因此，在柔性负荷广泛接入的背景下，如何基于现场实测数据有效区分负荷自身激发与电网侧传导的谐波成分，进而精准追溯谐波的初始发生位置与后续扩散走向，成为亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中因柔性负荷大规模接入导致配电网背景谐波与负荷谐波高度混叠，常规监测手段无法有效剥离两类谐波成分、难以准确界定谐波真实来源与传播方向、无法精准定位谐波源节点及描绘扩散轨迹的缺陷，提供一种柔性负荷接入下基于阻抗的配电网谐波传播路径识别方法，能够以现场实测阻抗数据作为分离约束条件从物理机理层面有效区分背景谐波与负荷谐波，同时确定电网侧谐波注入方向与负荷侧谐波源节点位置，进而生成完整的谐波传播路径，实现对谐波来源归属与扩散走向的精准识别。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性负荷接入下基于阻抗的配电网谐波传播路径识别方法，包括以下步骤：

3、获取配电网中监测节点处的混叠谐波信号，以及监测节点在谐波频段下的实测阻抗数据；

4、根据实测阻抗数据构建监测节点处电网侧与负荷侧的谐波等效电路，得到监测节点的阻抗特征；

5、以阻抗特征作为分离约束条件，对混叠谐波信号进行源分离处理，分解得到背景谐波分量和负荷谐波分量；

6、根据背景谐波分量在相邻节点间的幅值与相位变化趋势，确定背景谐波注入方向；

7、根据负荷谐波分量的幅值时序特征及其与其他节点负荷谐波分量的相关性，定位负荷侧谐波源节点；

8、基于背景谐波注入方向和负荷侧谐波源节点位置，生成谐波在电网拓扑中的传播路径。

9、在本发明的一个实施例中，获取配电网中监测节点处的混叠谐波信号，以及监测节点在谐波频段下的实测阻抗数据，包括：监测节点处的三相电压信号和三相电流信号经傅里叶变换后在目标谐波次数下的混叠谐波电压幅值vmix、混叠谐波电流幅值imix；实测阻抗数据包括监测节点处电网侧等效电阻rgrid和电网侧等效电抗xgrid，以及负荷侧等效电阻rload和负荷侧等效电抗xload；其中，电网侧等效阻抗zgrid=rgrid+jxgrid，负荷侧等效阻抗zload=rload+jxload，j为虚数单位。

10、在本发明的一个实施例中，以阻抗特征作为分离约束条件，对混叠谐波信号进行源分离处理，分解得到背景谐波分量和负荷谐波分量，包括：

11、将阻抗特征中的电网侧等效阻抗zgrid和负荷侧等效阻抗zload作为已知参数，建立混叠谐波信号与待分离源信号之间的线性混合方程组如下：

12、；

13、其中，vbg为待求解的背景谐波电压分量，单位为伏特，表示上游电网传递至该监测节点的谐波电压大小；iload为待求解的负荷谐波电流分量，单位为安培，表示监测节点处柔性负荷自身产生的谐波电流大小；

14、求解线性混合方程，得到背景谐波分量和负荷谐波分量。

15、在本发明的一个实施例中，根据背景谐波分量在相邻节点间的幅值与相位变化趋势，确定背景谐波注入方向，包括：

16、对相邻的两个监测节点，记上游节点为节点i，下游节点为节点h，分别获取节点i的背景谐波电压幅值vbg,i、相位θbg,i以及节点h的背景谐波电压幅值vbg,h、相位θbg,h；计算幅值衰减比α=vbg,h/vbg,i,和相位差δθ=θbg,hθbg,i；若α<1且δθ<0，则判定背景谐波由节点i向节点h注入；若α≥1或δθ≥0，则判定不存在从节点i向节点h的注入关系。

17、在本发明的一个实施例中，根据负荷谐波分量的幅值时序特征及其与其他节点负荷谐波分量的相关性，定位负荷侧谐波源节点，包括：

18、选取满足持续高发条件的监测节点作为候选节点；

19、对于每个候选节点，计算其负荷谐波电流幅值序列与配电网中其他每个监测节点的负荷谐波电流幅值序列之间的相关系数；

20、若候选节点与所有其他监测节点的相关系数的绝对值均低于预设阈值，则将候选节点判定为负荷侧谐波源节点，其中：预设阈值为根据配电网节点间正常谐波耦合程度确定的动态相关性阈值。

21、在本发明的一个实施例中，判定监测节点满足持续高发条件，包括：

22、对每个监测节点，连续采集t个时间窗口内的负荷谐波电流幅值序列iload(t)，其中t=1,2,...，t为预设的时间窗口数量，取值为大于等于5的整数；

23、为消除短时随机波动对判断基准的干扰，计算序列的均方根值irms，考虑到柔性负荷正常投切引起的谐波波动幅度通常在±30%以内，设置预设幅值阈值ith为1.5irms；

24、计算序列中幅值大于预设幅值阈值ith的时间窗口个数nhigh；若nhigh/t≥0.8，则判定监测节点满足持续高发条件。

25、在本发明的一个实施例中，相关系数的计算方法及动态相关性阈值的确定方法包括：

26、设候选节点为节点p，其负荷谐波电流幅值序列为ip(k)，其中k=1,2,...,k，k为序列长度；设配电网中其他任一监测节点为节点q，其负荷谐波电流幅值序列为iq(k)；计算节点p与节点q之间的相关系数rpq的公式如下:

27、;

28、其中，，均为算术平均值；rpq为无量纲的相关系数，取值范围为[1,1]；动态相关性阈值ε根据配电网中所有监测节点两两之间相关系数的统计分布确定，取值为所有相关系数绝对值的中位数的1.2倍；

29、若节点p与所有其他监测节点的相关系数绝对值均小于ε，则判定节点p满足低相关性条件，将候选节点判定为负荷侧谐波源节点。

30、在本发明的一个实施例中，基于背景谐波注入方向和负荷侧谐波源节点位置，生成谐波在电网拓扑中的传播路径，包括：

31、以背景谐波注入方向确定谐波在电网中的传播起始边界，以负荷侧谐波源节点位置确定谐波在电网中的传播起始节点；

32、从传播起始节点出发，沿电网拓扑中与背景谐波注入方向一致的线路区段逐节点向外扩展，将每个节点的背景谐波分量和负荷谐波分量按照其幅值大小标注于对应的节点位置，形成一条从传播起始节点至边界节点的连续路径，作为谐波在电网拓扑中的传播路径。

33、在本发明的一个实施例中，从传播起始节点出发，沿电网拓扑中与背景谐波注入方向一致的线路区段逐节点向外扩展，具体包括：

34、获取电网拓扑的邻接关系，对于当前节点，遍历与其直接相连的相邻节点；

35、若相邻节点相对于当前节点的方向与背景谐波注入方向相同，则将相邻节点纳入传播路径；

36、重复上述遍历过程，直至不存在满足方向条件的相邻节点，此时所得到的连续节点序列即为完整的谐波传播路径。

37、在本发明的一个实施例中，生成谐波在电网拓扑中的传播路径之后，还包括以下步骤：

38、将所生成的传播路径中各节点的背景谐波电压分量vbg和负荷谐波电流分量iload按照节点顺序绘制成路径图谱，在路径图谱上使用不同颜色或不同线宽标注各节点的谐波贡献程度，其中颜色越深或线宽越大表示节点处的谐波幅值越高，输出路径图谱作为谐波传播路径的可视化识别结果。

39、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

40、本发明所述的柔性负荷接入下基于阻抗的配电网谐波传播路径识别方法，能够以现场实测阻抗数据作为分离约束条件从物理机理层面有效区分柔性负荷接入下配电网中混叠的背景谐波和负荷谐波成分，并基于这些分离出的谐波分量，精准识别谐波的注入方向和源节点位置，进而生成完整的谐波传播路径，能够解决谐波源定位模糊和责任归属不清的问题，实现对谐波来源归属与扩散走向的精准识别。