一种配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制方法及系统

本发明涉及电力电子与电能质量，尤其涉及一种配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制方法及系统。

背景技术：

1、面向“双碳”目标的新型电力系统建设，配电网作为能源消纳与供需互动的关键环节，正朝着高比例可再生能源接入、高电力电子化装备渗透的“双高”方向快速发展，构建高效、经济、可靠的配电网电能质量治理体系，成为推动能源转型与产业高质量发展的核心战略需求。我国分布式光伏、风电等可再生能源在配电网侧的装机规模持续攀升，电力电子化负荷与分布式电源已成为配电网的核心组成部分，而谐波污染作为配电网最突出的电能质量问题之一，其畸变率超标现象随电力电子装备的大规模接入愈发严重。据统计，配电网中80%以上的谐波干扰来源于电力电子装置的非线性特性，工业集聚区、新能源并网台区的谐波畸变率超标比例超40%，不仅导致配电变压器、互感器等设备过热损耗、寿命缩减，更严重制约了可再生能源的高效消纳，造成精密制造、高端电子等行业生产设备故障、产品良品率下降，全国每年因配电网谐波问题造成的经济损失超千亿元，谐波抑制已成为配电网电能质量治理的重中之重。

2、针对配电网谐波治理需求，国内外研究与工程应用仍以加装专用谐波治理装备为核心解决策略，通过在谐波污染严重节点部署有源电力滤波器（apf）、无源滤波器（pf）、混合型滤波器（hpf）等设备实现局部谐波抑制。国外西门子、abb等企业依托先进的电力电子控制技术，研发出高精度数字化有源谐波治理装备，可实现特定频次谐波的精准补偿，但设备造价高昂、占地面积大，且仅能适配固定工况下的谐波治理需求；国内科研院所与企业则聚焦于专用装备的性能优化，通过拓扑结构改进、控制算法升级提升滤波器的响应速度与补偿精度，部分研究提出“有源+无源”混合型治理方案，在成本与治理效果间实现一定平衡。然而，现有专用谐波治理装备普遍存在功能单一、工况适配性差、设备利用率低等突出问题，单一装备仅能针对特定频段、特定幅值的谐波进行治理，难以适配配电网负荷波动、新能源出力随机的动态工况；同时，专用装备多为定点部署的固定式治理方案，面对配电网多节点、分散式的谐波污染特征，需大规模加装才能实现全域治理，不仅大幅增加电网建设与运维成本，还易造成设备长期闲置，形成“治理成本高、整体效果差”的恶性循环。

3、相较于大规模新增专用谐波治理装备，配电网源、网、荷侧广泛分布的多类型可调资源，已成为具备谐波抑制潜力的优质分布式电力电子资源。源侧的分布式光伏逆变器、风机变流器，网侧的svg、配网变流器，荷侧的充电桩变流器、工业变频装置等可调资源，均具备电力电子变换与功率快速调节的技术特性，可通过软件重构、控制策略优化实现谐波电流的检测与补偿，无需额外增加硬件投入即可参与谐波抑制，是实现配电网低成本谐波治理的重要抓手。因此，充分发掘配电网多类型可调资源的谐波抑制潜能，推动其与传统专用治理装备的协同配合，成为破解当前配电网谐波治理痛点的核心路径。

4、但现阶段，配电网多类型可调资源参与谐波抑制仍面临诸多关键技术瓶颈：其一，源/网/荷侧可调资源的装备拓扑、额定参数、调控特性差异显著，且受新能源出力随机、负荷工况动态变化、并网约束严格等因素影响，其实际可调节能力与谐波抑制潜能难以精准评估与挖掘；其二，现有研究多聚焦于单一类型资源的谐波抑制应用，尚未形成成熟的多类型可调资源就地协同抑制方法，缺乏针对配电网分散式谐波污染的全域协同治理策略，难以实现资源调控能力的最优配置；其三，可调资源的谐波抑制需兼顾其原有主功能（如供电、充电、无功调节），如何在保障资源主功能正常运行的前提下，实现抑制容量的合理分配与就地协同控制，仍是尚未解决的关键问题。

5、综上，在配电网“双高”特征日益凸显、谐波污染问题愈发严峻的背景下，突破配电网多类型可调资源的抑制潜能挖掘与就地协同控制技术，替代并补充传统专用谐波治理装备，实现配电网谐波的低成本、高效、全域治理，已成为新型电力系统建设中配电网发展的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于公开了一种配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制方法，通过对谐波超标并网点关联可调资源的治理功能判定、抑制容量范围测算、补偿容量优化分配及精准电流控制，实现配电网并网点谐波的就地高效协同抑制，充分挖掘源网荷侧可调资源的谐波治理潜能，解决传统专用装备治理成本高、利用率低的问题。

2、本发明的另一个目的在于提出一种配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制系统。

3、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制方法，包括：

4、s1，对谐波超标并网点关联的各可调资源进行治理功能判定，确定具备谐波治理功能的可调资源集合；

5、s2，基于所述可调资源集合中各可调资源的额定容量、当前运行状态及硬件限制参数，测算各可调资源参与谐波治理的实际容量范围；

6、s3，以并网点谐波畸变率达标为目标，结合各可调资源的实际容量范围及运行约束，对谐波补偿容量进行优化分配，生成各可调资源的谐波补偿容量指令；

7、s4，各可调资源根据所述谐波补偿容量指令，通过内部功率环控制架构输出谐波补偿电流，并实时监测并网点谐波畸变率，若未达标则返回步骤s3重新分配补偿容量，直至达标。

8、在本发明的一个实施例中，所述对谐波超标并网点关联的各可调资源进行治理功能判定，确定具备谐波治理功能的可调资源集合包括：

9、实时监测配电网各并网点谐波畸变率指标，与电能质量国家标准比对，筛选出谐波超标并网点，同步获取该并网点所连接的光伏逆变器、储能变流器、负荷侧变流器等所有源网荷侧可调资源基础信息；

10、调取各可调资源的设备出厂参数、硬件拓扑结构及软件控制功能模块，判断其是否具备谐波电流检测、补偿的硬件支撑条件与软件实现能力；

11、结合配电网实际运行工况，验证各可调资源在当前并网状态下谐波治理功能的可激活性，剔除因硬件故障、软件锁定、并网约束等因素无法参与谐波抑制的资源，最终确定谐波超标并网点具备谐波治理功能的可调资源集合。

12、在本发明的一个实施例中，所述验证各可调资源在当前并网状态下谐波治理功能的可激活性包括：

13、采用综合判定逻辑，仅当设备无硬件故障、软件功能未被锁定且满足并网调控约束三项条件同时满足时，判定治理功能可激活。

14、在本发明的一个实施例中，所述基于所述可调资源集合中各可调资源的额定容量、当前运行状态及硬件限制参数，测算各可调资源参与谐波治理的实际容量范围包括：

15、读取可调资源集合中各变流器的额定容量、当前运行状态，计算各变流器完成光伏并网发电、储能充放电、负荷供电等专用任务所需的有功、无功容量；

16、基于专用任务容量需求，结合变流器功率因数、视在容量等运行约束，计算各变流器参与谐波治理的无功容量上限，明确其可分配于谐波抑制的无功调节余量；

17、调取各变流器的电流跟踪精度、开关频率、功率器件额定电流等硬件限制参数，结合无功容量上限，确定各变流器参与谐波治理的理想容量范围；

18、考虑可调资源与谐波超标并网点间的线路阻抗，计算谐波治理过程中的功率损耗，对理想容量范围进行修正，最终得到各可调资源实际可输出的谐波治理容量范围。

19、在本发明的一个实施例中，所述以并网点谐波畸变率达标为目标，结合各可调资源的实际容量范围及运行约束，对谐波补偿容量进行优化分配，生成各可调资源的谐波补偿容量指令包括：

20、以谐波超标并网点的谐波畸变率降至国家标准范围内为核心目标，同时兼顾各可调资源谐波治理容量利用率最高、分配最均衡，构建多目标谐波补偿容量优化分配模型；

21、将各可调资源的谐波治理容量范围、专用任务容量约束、并网运行限制作为优化模型的约束条件，确定模型的变量边界与求解范围；

22、采用改进型多目标优化算法对模型进行求解，得到谐波超标并网点关联可调资源集合中，各变流器的谐波补偿容量最优分配值；

23、根据最优分配值，生成各可调资源变流器的谐波补偿容量指令，明确各变流器需输出的谐波治理容量具体参数。

24、在本发明的一个实施例中，所述采用改进型多目标优化算法对模型进行求解包括：

25、采用改进nsga-ⅲ多目标优化算法，将各项优化目标、约束条件和容量取值范围录入算法系统，完成种群初始化后，通过迭代运算、筛选比对逐步优化结果，直至计算结果趋于稳定，最终筛选出符合全部目标与约束的最优分配方案。

26、在本发明的一个实施例中，所述各可调资源根据所述谐波补偿容量指令，通过内部功率环控制架构输出谐波补偿电流包括：

27、各可调资源变流器接收谐波补偿容量指令，通过内部谐波检测模块，实时采集并网点谐波电流信号，结合补偿容量指令，计算得到谐波治理参考电流；其中，所述计算得到谐波治理参考电流包括：以并网点实时实测谐波电流为基础数值，乘以适配电网工况的谐波补偿修正系数，再结合单台设备当前分配补偿容量与设备最大补偿容量的比值进行动态修正；

28、变流器启动内部功率环控制架构，将谐波治理参考电流作为给定值，通过比例积分、重复控制等复合控制算法，对变流器输出电流进行实时调节；

29、根据功率环控制结果，驱动变流器功率器件的通断，控制各变流器精准输出谐波补偿电流，实现各可调资源的就地谐波抑制。

30、在本发明的一个实施例中，所述通过比例积分、重复控制等复合控制算法，对变流器输出电流进行实时调节包括：

31、采用pi加重复复合控制算法，其中pi控制负责快速响应电网电流突变、抑制动态偏差，重复控制基于电网谐波周期性特征精准追踪周期性谐波扰动，消除稳态谐波误差，复合控制策略的输出调控电压由pi控制器输出电压分量与重复控制器输出电压分量叠加组成。

32、在本发明的一个实施例中，所述实时监测并网点谐波畸变率，若未达标则返回步骤s3重新分配补偿容量，直至达标包括：

33、通过电能质量监测单元实时不间断采集并网点总谐波畸变率，以国家标准为判定依据，若治理后指标满足国家标准，保持当前补偿容量与控制策略；若未满足，触发闭环修正机制，返回谐波补偿容量优化分配步骤，重新求解并下发补偿容量指令，直至并网点谐波畸变率达标。

34、本发明实施例的配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制方法，能够充分挖掘配电网源网荷侧多类型可调资源的谐波抑制潜能，实现谐波的就地高效协同治理，降低谐波治理成本并提升电能质量。

35、本发明的另一个目的在于提出一种配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制系统，包括：

36、功能判定模块，用于对谐波超标并网点关联的各可调资源进行治理功能判定，确定具备谐波治理功能的可调资源集合；

37、容量测算模块，用于基于所述可调资源集合中各可调资源的额定容量、当前运行状态及硬件限制参数，测算各可调资源参与谐波治理的实际容量范围；

38、优化分配模块，用于以并网点谐波畸变率达标为目标，结合各可调资源的实际容量范围及运行约束，对谐波补偿容量进行优化分配，生成各可调资源的谐波补偿容量指令；

39、功率控制模块，用于各可调资源根据所述谐波补偿容量指令，通过内部功率环控制架构输出谐波补偿电流，并实时监测并网点谐波畸变率，若未达标则返回重新分配补偿容量，直至达标。

40、本发明实施例的配电网多类型可调资源就地协同谐波抑制系统，能够充分挖掘配电网源网荷侧多类型可调资源的谐波抑制潜能，实现谐波的就地高效协同治理，降低谐波治理成本并提升电能质量。

41、本发明的有益效果如下：

42、本发明通过对谐波超标并网点关联可调资源的治理功能精准判定，明确了配电网源网荷侧具备谐波抑制能力的资源主体，相较于传统仅依赖专用治理装备的模式，拓宽了谐波治理资源的范围，充分挖掘了配电网现有电力电子装置的调控潜力。

43、本发明兼顾可调资源专用任务容量需求与硬件自身限制，结合线路功率损耗修正，实现了各可调资源谐波治理容量范围的精准测算，有效解决了因装备特性各异、工况复杂导致的抑制容量难以量化的问题，为后续容量分配提供了科学依据。

44、本发明构建多目标优化模型并采用改进算法求解，实现了多类型可调资源谐波补偿容量的最优分配，既保证了并网点谐波治理效果，又提升了各资源的容量利用率，避免了单一资源过度分配影响其专用任务执行，实现了就地协同抑制的全局最优。

45、本发明通过变流器内部功率环控制架构实现谐波补偿电流的精准输出，结合并网点谐波状态的闭环反馈调节，确保了谐波抑制的实时性与准确性，有效抑制了配电网并网点谐波污染，提升了配电网电能质量，且无需大规模新增专用治理装备，大幅降低了谐波治理的经济成本与运维成本。

46、本发明适配配电网高比例可再生能源接入、高电力电子化的运行特征，可灵活应用于不同规模、不同工况的配电网并网点谐波治理，具备良好的扩展性与工程实用性，为配电网电能质量低成本高效治理提供了全新技术路径，助力新型电力系统建设。

47、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。