一种采用相对距离测度的区间谐波潮流计算方法与流程

1.本发明涉及电能质量技术领域，特别是一种采用相对距离测度的区间谐波潮流计算方法。


背景技术：

2.由于近年来大量的分布式电源以及多种非线性负荷接入电力系统，电网中的谐波污染日益严重。电网谐波对电力设备以及电力系统的经济和稳定运行有着重大危害，这使得谐波分析和谐波治理的研究具有重要的意义，谐波潮流计算是开展谐波分析的有效方法。在已知网络结构和参数的基础上，通过建立准确的谐波源模型进行谐波潮流计算，能有效地计算电网中各节点的谐波分布情况。
3.然而现代电网实际存在着许多不确定性因素，如新能源发电的出力不确定性以及接入负荷大小、数量不确定性等，导致电网谐波存在不确定性，使得传统的确定性谐波分析法难以适用。虽然区间算术能够有效表征不确定性，但是在潮流计算中存在着严重的区间扩张效应，保守性较大，工程实用价值较低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用相对距离测度的区间谐波潮流计算方法，能够计算得到全网的各次谐波电压区间，以便进行后续的电能质量指标计算及谐波规划治理。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种采用相对距离测度的区间谐波潮流计算方法，包括以下步骤：
6.步骤s1：构建电网的基波和谐波模型以搭建电网的节点谐波导纳矩阵，同时设置电压的rdm数初值进行初始化；
7.步骤s2：在步骤s1的基础上，在构建的基波、谐波元件加上不确定量，进行相对距离测度的建模，使其在区间范围内能够有精准的定位，保留不确定性因素；
8.步骤s3：结合步骤s1、步骤s2所得到的参数和方程，进行面向负荷功率波动、发电机出力波动区间的基波潮流迭代求解方法，对pq、pv节点进行rdm建模，对pv节点进行注入无功功率和电压修正，计算电网基波电压和电流的波动范围；
9.步骤s4：结合步骤s3所求出的基波潮流的rdm数，通过谐波源频谱建立谐波源的恒流源模型结合电网谐波方程进行谐波潮流计算；
10.步骤s5：在步骤s3、步骤s4的基础上，将得到的rdm谐波电压转化为区间，获得全网的谐波电压范围。
11.在一较佳的实施例中，在所述步骤s1中，构建电网的参数和网络模型构建基波和谐波模型，搭建电网的节点谐波导纳矩阵，同时设置电压的rdm数初值进行初始化进行基波潮流计算。
12.在一较佳的实施例中，在所述步骤s2中，对考虑发电机出力不确定性和负荷波动
性后的节点进行rdm建模，再代到潮流迭代计算中。
13.在一较佳的实施例中，在所述步骤s3中，电网的pv节点rdm建模方式具体为，通过一个简化的节点导纳矩阵来计算pv节点的注入无功；每次迭代后，用得到的电压幅值偏差和无功功率偏差对pv节点的注入无功进行修正；按照上述步骤进行pv节点的修正，得到pv节点的功率，将pv节点转化成pq节点，从而按照采用并联负荷的计算公式获得相应的谐波等效模型；当无功修正量为负数时，pv节点处，存在减法运算，使用rdm区间模型减小区间解的保守性；
14.pq节点rdm建模
[0015][0016][0017][0018]
式中，为节点i注入有功、无功功率的rdm值，为注入复功率的rdm值，为注入功率的区间上限，pg、qg为注入功率的区间下限，α为区间功率的rdm元变量，取值范围为[0，1]；
[0019]
pv节点的rdm建模
[0020]
pv节点的注入无功通过一个简化的节点导纳矩阵来计算；设系统中共有n 1个节点，其中1～n为pv节点，则系统的节点方程为：
[0021][0022]
式中的y
″
矩阵为只含有pv节点的基波导纳矩阵，表示基波电流的rdm值，表示基波节点电压的rdm值，如下式所示：
[0023][0024][0025]
式中，i和u表示区间基波电流和基波电压的下限，和表示区间基波电流和基波电压的上限；
[0026]
节点电网方程用变量来表示，如下式：
[0027][0028]
配电网节点电压的标幺值接近1.0，相角很小，在pv节点处只注入无功，因此有以下近似：
[0029][0030]
展开得：
[0031][0032]
矩阵m为简化的节点导纳矩阵y
″
的虚部；每次迭代后，都用得到的电压幅值偏差对pv节点的注入无功进行修正，修正后的注入无功如下式：
[0033][0034]
式中，k是迭代次数，是无功修正量。
[0035]
在一较佳的实施例中，在所述的步骤s4中，谐波电流源注入的谐波电流rdm值由谐波频谱计算得到。
[0036]
在一较佳的实施例中，所述步骤s4中，在步骤s3所建立的潮流迭代的收敛条件分为四个条件，分别是实部上限、实部下限、虚部上限、虚部下限；当四个条件全都小于设置的精度时，迭代停止。
[0037]
在一较佳的实施例中，所述的rdm谐波电压由谐波电网方程求解获得，最后通过rdm数转化为区间数，最后获得全网的谐波电压区间范围，应用于后续的谐波分析和治理中；
[0038]
设置电压的rdm数初值进行初始化进行基波潮流计算，其中节点电压方程为
[0039][0040]
则有
[0041][0042]
式中，为节点基波电压rdm值；为节点注入基波电流；n为电网节点总数，节点n是平衡节点；y
in
和y
ni
为节点n和其他节点之间的互导纳构成的分块矩阵，互为转置；y
nn
为节点n的自导纳；y为整个电网节点导纳矩阵除去y
in
、y
ni
、y
nn
后的分块矩阵。
[0043]
在潮流计算中，给定的运行变量是各节点的注入功率，两者之间有如下关系：
[0044][0045]
展开可得
[0046][0047]
当迭代结果满足如下式所示的收敛条件时，停止迭代过程，由此可得各节点电压rdm值：
[0048][0049]
其中δ为一个很小的正数，一般取1e-4-1e-6；分别为第k次迭代中节点i电压的实部下限、实部上限、虚部下限、虚部上限；
[0050]
rdm谐波潮流计算
[0051][0052]
式中代表rdm谐波导纳矩阵，代表区间注入谐波电流的rdm值，代表谐波电压。
[0053]
最后，根据rdm数的原理，转化为区间数，得到全网的谐波电压波动范围。
[0054]
在一较佳的实施例中，所述步骤s5中，通过获得的电压rdm数转化为区间数，计算总谐波电压畸变率、总谐波电流畸变率等指标进行谐波评估和分析。
[0055]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出一种新的不确定性谐波潮流计算方法，可以实现在复杂的多节点供电网络上的谐波潮流计算。该方法将相对距离测度运用于电力系统不确定性谐波潮流计算，从而可以得到全网的谐波电压幅值波动区间。能够在电网运行工况波动较大的情况下，比传统区间潮流算法更快速、更准确地获得非量测点的谐波数据和电压波动区间，可应用于电网谐波在线监测，在减小量测装置成本的同时，通过准确的谐波数据指导电网工作人员进行谐波污染分析和谐波治理。此外，该方面的研究成果还可以应用到新能源发电接入的可靠性评估，准确预测和评估新能源发电并网对电网的谐波污染和电压波动程度，从而提出更加合理的并网方案。
附图说明
[0056]
图1为本发明优选实施例的具体流程图。
[0057]
图2为本发明一实施例中的仿真图，基于相对距离测度(rdm)基波潮流计算的结果，与传统的区间潮流算法和蒙特卡罗法的结果进行对比。
[0058]
图3为本发明一实施例中的仿真图，采用相对距离测度(rdm)计算全网的5次谐波电压幅值的结果，与传统的区间谐波潮流算法和蒙特卡罗法的结果进行对比。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0060]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0061]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0062]
一种采用相对距离测度的区间谐波潮流计算方法，参考图1至3，包括以下步骤：
[0063]
步骤s1：构建电网的基波和谐波模型以搭建电网的节点谐波导纳矩阵，同时设置电压的rdm数初值进行初始化；
[0064]
步骤s2：在步骤s1的基础上，在构建的基波、谐波元件加上不确定量，进行相对距离测度的建模，使其在区间范围内能够有精准的定位，保留不确定性因素；
[0065]
步骤s3：结合步骤s1、步骤s2所得到的参数和方程，进行面向负荷功率波动、发电机出力波动区间的基波潮流迭代求解方法，对pq、pv节点进行rdm建模，对pv节点进行注入无功功率和电压修正，计算电网基波电压和电流的波动范围；
[0066]
步骤s4：结合步骤s3所求出的基波潮流的rdm数，通过谐波源频谱建立谐波源的恒流源模型结合电网谐波方程进行谐波潮流计算；
[0067]
步骤s5：在步骤s3、步骤s4的基础上，将得到的rdm谐波电压转化为区间，获得全网的谐波电压范围。
[0068]
在所述步骤s1中，构建电网的参数和网络模型构建基波和谐波模型，搭建电网的节点谐波导纳矩阵，同时设置电压的rdm数初值进行初始化进行基波潮流计算。
[0069]
在所述步骤s2中，对考虑发电机出力不确定性和负荷波动性后的节点进行rdm建模，再代到潮流迭代计算中。
[0070]
在所述步骤s3中，电网的pv节点rdm建模方式具体为，通过一个简化的节点导纳矩阵来计算pv节点的注入无功；每次迭代后，用得到的电压幅值偏差和无功功率偏差对pv节点的注入无功进行修正；按照上述步骤进行pv节点的修正，得到pv节点的功率，将pv节点转化成pq节点，从而按照采用并联负荷的计算公式获得相应的谐波等效模型；当无功修正量为负数时，pv节点处，存在减法运算，使用rdm区间模型减小区间解的保守性；
[0071]
pq节点rdm建模
[0072][0073][0074]
[0075]
式中，为节点i注入有功、无功功率的rdm值，为注入复功率的rdm值，为注入功率的区间上限，pg、qg为注入功率的区间下限，α为区间功率的rdm元变量，取值范围为[0，1]；
[0076]
pv节点的rdm建模
[0077]
pv节点的注入无功通过一个简化的节点导纳矩阵来计算；设系统中共有n 1个节点，其中1～n为pv节点，则系统的节点方程为：
[0078][0079]
式中的y
″
矩阵为只含有pv节点的基波导纳矩阵，表示基波电流的rdm值，表示基波节点电压的rdm值，如下式所示：
[0080][0081][0082]
式中，i和u表示区间基波电流和基波电压的下限，和表示区间基波电流和基波电压的上限；
[0083]
节点电网方程用变量来表示，如下式：
[0084][0085]
配电网节点电压的标幺值接近1.0，相角很小，在pv节点处只注入无功，因此有以下近似：
[0086][0087]
展开得：
[0088][0089]
矩阵m为简化的节点导纳矩阵y
″
的虚部；每次迭代后，都用得到的电压幅值偏差对pv节点的注入无功进行修正，修正后的注入无功如下式：
[0090][0091]
式中，k是迭代次数，是无功修正量。
[0092]
在所述的步骤s4中，谐波电流源注入的谐波电流rdm值由谐波频谱计算得到。
[0093]
所述步骤s4中，在步骤s3所建立的潮流迭代的收敛条件分为四个条件，分别是实部上限、实部下限、虚部上限、虚部下限；当四个条件全都小于设置的精度时，迭代停止。
[0094]
所述的rdm谐波电压由谐波电网方程求解获得，最后通过rdm数转化为区间数，最
后获得全网的谐波电压区间范围，应用于后续的谐波分析和治理中；
[0095]
设置电压的rdm数初值进行初始化进行基波潮流计算，其中节点电压方程为
[0096][0097]
则有
[0098][0099]
式中，为节点基波电压rdm值；为节点注入基波电流；n为电网节点总数，节点n是平衡节点；y
in
和y
ni
为节点n和其他节点之间的互导纳构成的分块矩阵，互为转置；y
nn
为节点n的自导纳；y为整个电网节点导纳矩阵除去y
in
、y
ni
、y
nn
后的分块矩阵。
[0100]
在潮流计算中，给定的运行变量是各节点的注入功率，两者之间有如下关系：
[0101][0102]
展开可得
[0103][0104]
当迭代结果满足如下式所示的收敛条件时，停止迭代过程，由此可得各节点电压rdm值：
[0105][0106]
其中δ为一个很小的正数，一般取1e-4-1e-6；分别为第k次迭代中节点i电压的实部下限、实部上限、虚部下限、虚部上限；
[0107]
rdm谐波潮流计算
[0108][0109]
式中代表rdm谐波导纳矩阵，代表区间注入谐波电流的rdm值，代表谐波电压。
[0110]
最后，根据rdm数的原理，转化为区间数，得到全网的谐波电压波动范围。
[0111]
所述步骤s5中，通过获得的电压rdm数转化为区间数，计算总谐波电压畸变率、总谐波电流畸变率等指标进行谐波评估和分析。
[0112]
以上仅是本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均应包含在本发明的保护范围之内。