计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法技术

本发明专利技术属于含有非线性负荷及分布式电源的电网可靠性领域，涉及分析谐波对电网可靠性影响的方法，具体为计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法。本发明专利技术提供了一种计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法。首先，在逼近系统临界运行状态时考虑了谐波的影响，并利用解耦法求解系统的谐波潮流，得到系统在谐波影响下临界运行状态。第二，提出电压灵敏度、电压畸变灵敏度两项指标，评估计及谐波影响的系统薄弱节点与敏感节点。第三，将拉丁超立方抽样用于不确定性谐波潮流分析中，同时考虑了系统中线性负荷与非线性负荷的不确定性，对电网静态电压稳定性进行统计分析。

【技术实现步骤摘要】
计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法
本专利技术属于含有非线性负荷及分布式电源的电网可靠性领域，涉及分析谐波对电网可靠性影响的方法，具体为计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法。
技术介绍
电力系统波形畸变问题最早提出于上世纪二、三十年代的德国，到五、六十年代，各国工程师就换流器的谐波问题已进行了大量研究，并得到了大量的研究成果。八十年代开始，我国铁路电气化迅速发展，由此带来的显著的谐波问题成为我国谐波理论和技术发展的重要契机。近年来，随着电力负荷的多样化发展以及电力电子装置的大量应用，非线性负荷占负荷整体的比例逐年攀高，当非线性负荷接入电力系统工作时，向其中注入了大量谐波，是电力系统电压波形的最主要影响因素。与负荷直接相连的配电网电能质量治理更是受到了极大的挑战。此外，由于化石能源的日益枯竭以及人类对清洁能源的开发利用，分布式发电技术得以大力发展，配电网正朝着多源、灵活、可持续发展的主动配电网方向发展，在缓解电网压力的同时，由于可再生能源间歇性、随机性的特点，以及通过电力电子装置的并网方式，也将给配电网带来更多的电能质量问题，其中谐波问题是电力运营部门的主要关注点。
技术实现思路
本专利技术为了解决谐波对电力系统的影响的问题，针对负荷随机波动、配电网多谐波源、负荷、谐波源随机波动等问题，建立了一种计及谐波影响的电力系统静态电压稳定性评估方法。本专利技术是采用如下的技术方案实现的：计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法，包括元件模型搭建及谐波潮流计算方法和静态电压稳定性分析方法；元件模型搭建及谐波潮流计算方法中包括谐波源模型搭建、输电线路模型搭建、负荷模型搭建和利用解耦法求解谐波潮流；谐波源模型搭建：在系统中有且仅有一个谐波源的情况下，判断谐波源的类型，若该谐波源为分布式电源，则在计算基波潮流时，将分布式电源所在节点视为PV节点，在计算谐波潮流时，将分布式电源所在节点视为平衡节点；若该谐波源为非线性负荷，则计算基波潮流时，将非线性负荷所在节点视为PQ节点，计算谐波潮流时，将非线性负荷所在节点视为平衡节点；若系统中存在多个谐波源，但谐波源均为非线性负荷，在计算基波潮流时，将非线性负荷所在节点视为PQ节点，在计算谐波潮流时，将非线性负荷含量最多的节点视为平衡节点，其余非线性负荷所在节点视为PV节点；如果系统中既含有分布式电源，又含有非线性负荷，在计算基波潮流的时候，将分布式电源所在节点视为PV节点，非线性负荷所在节点视为PQ节点，计算谐波潮流时，将容量较大的分布式电源所在节点作为平衡节点，其余谐波源所在节点视为PV节点；若系统中谐波源均为分布式电源，在计算基波潮流时，将分布式电源所在节点视为PV节点，在计算谐波潮流时，将容量最大的一个分布式电源所在节点视为平衡节点，其余分布式电源所在节点设为PV节点。计算谐波潮流时，会出现因为系统中PV节点过多而导致的潮流不收敛的情况，本文根据谐波源的容量与谐波源的谐波特性进行分组，将容量相近、谐波特性相同的谐波源组统一计算，每个谐波源组进行一次谐波潮流计算，用叠加法进行计算。输电线路模型搭建：输电线路以集中参数的等值π型电路表示，等值π型电路参数为分布参数的简单集中，即：式中，yl1为线路的基波电导，zl1为线路的基波阻抗，r01、x01、b01分别为线路单位长度的基波电阻、基波电抗和基波电纳；l为线路长度，当线路中的电流为h次谐波时：式中，ZCh和rh分别为h次谐波时线路的特性阻抗和传播函数，均为复数，具体计算如下：式中，yoh为h次谐波时电力系统的电导，yoh＝jhb01；zoh为h次谐波时电力系统的阻抗，zoh＝hr01+jhx01；ZLh为h次谐波情况下线路阻抗，YLh为h次谐波情况下线路电导；负荷模型搭建：谐波阻抗计算如式所示：式中，Ui为节点i的实际电压，S为节点视在功率；RS，XS分别为基波时等值电动机的电阻和电抗；Zsh为h次谐波情况下负荷的阻抗，P为负荷的有功，Q为负荷的无功；利用解耦法求解谐波潮流：(1)计算基波潮流：迭代计算在不考虑谐波影响下，求解出电力系统各个节点的电压U1i，i表示电力系统中各个节点；(2)计算谐波潮流：利用谐波源模型、输电线路模型和负荷模型更新电力系统状态，利用基波潮流计算出来的各个节点的基波电压U1i和非线性负荷的负荷模型更新电力系统中非线性负荷的状态，通过迭代的方式求取电力系统中各个节点的谐波电压Uhj；(3)通过电力系统中各个节点的谐波电压Uhj，利用叠加法求解各个节点电压的标幺值Uhi，式中，Uhi表示对所考虑的一组谐波源计算出的第h次i节点处合成谐波电压标幺值，j表示谐波源所在的节点；静态电压稳定性分析方法包括设定电压灵敏度、电压畸变灵敏度两项指标和静态电压稳定性分析；设定电压灵敏度、电压畸变灵敏度两项指标：电压灵敏度指标电压畸变灵敏指标式中，节点i的实际电压为Ui，节点i由谐波引起的电压变化量为ΔUi，电压灵敏度指标α1表示在含有谐波源的电力系统中，不考虑谐波影响的情况，电压畸变灵敏度α2表示在含有谐波源的系统中，考虑谐波影响的情况，电压值电压变化量式中，THDui表示节点i的电压畸变率；电压灵敏度指标α1可变形为则电压畸变灵敏度指标α2可变形为指标α1、α2只和各个节点的电压畸变率THDui有关，可以体现谐波对电力系统静态电压稳定性的影响；静态电压稳定性分析：本专利技术以电压灵敏度指标与电压畸变灵敏度指标为依据，提出了得出薄弱节点、安全域与敏感节点结合的静态电压稳定性识别方法，识别过程简单，容易实现。电压灵敏度指标与电压畸变灵敏度指标越小，则说明节点越薄弱。将系统根据线路结构进行分区，通过电压灵敏度指标与电压畸变灵敏度指标对所分区域的安全域进行划分，若不会有电压风险，则为安全区；若在某些运行方式下有电压风险，则为警戒区，若存在电压风险，则为限制区。电压畸变灵敏度指标与电压灵敏度指标的比值α1/α2＝THDu，体现了节点的电压畸变率，可因此判断系统对谐波的敏感节点。薄弱节点关注的是系统临界运行状态下，容易发生崩溃的部分；安全域强调系统临界运行状态下，系统整体的状态；敏感节点则注重谐波对节点的影响，将薄弱节点、安全域与敏感节点相结合，能够更好地描述谐波对系统的影响。将拉丁超立方抽样引入谐波潮流计算中，通过产生多组初始负荷矩阵，同时考虑线性负荷的随机波动与非线性负荷的不确定性，并对每种初始负荷矩阵求解系统静态电压稳定性，减小初始负荷对系统静态电压稳定性的影响；利用解耦法与改进二分搜索法，在谐波源的接入位置、初始负荷确定的状态m下，求得计及谐波影响的情况下电力系统处于状态m临界状态下的节点电压Ui及电压畸变率THDui，进而求得临界状态下的电压灵敏度指标α1、电压畸变灵敏指标α2，电压灵敏度指标α1和电压畸变灵敏指标α2数值最低的为状态m临界状态下电力系统薄弱节点，电力系统中各个节点的电压灵敏度指标α1，电压畸变灵敏指标α2构成状态m临界状态下电力系统的安全域，敏感节点为谐波含量变化对系统静态电压稳定性的影响最大的节点，对所有的状态m进行分析，M个状态全部分析结束，统计分析不同状态下，系统的薄弱节点、安全域与敏感节点，进而分析系统的静态电压稳定性。与现有研究相比，本专利技术所具有的有益效果如下：(1)目前的研究中，对于谐波的研究都是在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法，其特征在于包括元件模型搭建及谐波潮流计算方法和静态电压稳定性分析方法；元件模型搭建及谐波潮流计算方法中包括谐波源模型搭建、输电线路模型搭建、负荷模型搭建和利用解耦法求解谐波潮流；谐波源模型搭建：在系统中有且仅有一个谐波源的情况下，判断谐波源的类型，若该谐波源为分布式电源，则在计算基波潮流时，将分布式电源所在节点视为PV节点，在计算谐波潮流时，将分布式电源所在节点视为平衡节点；若该谐波源为非线性负荷，则计算基波潮流时，将非线性负荷所在节点视为PQ节点，计算谐波潮流时，将非线性负荷所在节点视为平衡节点；若系统中存在多个谐波源，但谐波源均为非线性负荷，在计算基波潮流时，将非线性负荷所在节点视为PQ节点，在计算谐波潮流时，将非线性负荷含量最多的节点视为平衡节点，其余非线性负荷所在节点视为PV节点；如果系统中既含有分布式电源，又含有非线性负荷，在计算基波潮流的时候，将分布式电源所在节点视为PV节点，非线性负荷所在节点视为PQ节点，计算谐波潮流时，将容量较大的分布式电源所在节点作为平衡节点，其余谐波源所在节点视为PV节点；若系统中谐波源均为分布式电源，在计算基波潮流时，将分布式电源所在节点视为PV节点，在计算谐波潮流时，将容量最大的一个分布式电源所在节点视为平衡节点，其余分布式电源所在节点设为PV节点；输电线路模型搭建：输电线路以集中参数的等值π型电路表示，等值π型电路参数为分布参数的简单集中，即：...

【技术特征摘要】
1.计及谐波影响的静态电压稳定性分析方法，其特征在于包括元件模型搭建及谐波潮流计算方法和静态电压稳定性分析方法；元件模型搭建及谐波潮流计算方法中包括谐波源模型搭建、输电线路模型搭建、负荷模型搭建和利用解耦法求解谐波潮流；谐波源模型搭建：在系统中有且仅有一个谐波源的情况下，判断谐波源的类型，若该谐波源为分布式电源，则在计算基波潮流时，将分布式电源所在节点视为PV节点，在计算谐波潮流时，将分布式电源所在节点视为平衡节点；若该谐波源为非线性负荷，则计算基波潮流时，将非线性负荷所在节点视为PQ节点，计算谐波潮流时，将非线性负荷所在节点视为平衡节点；若系统中存在多个谐波源，但谐波源均为非线性负荷，在计算基波潮流时，将非线性负荷所在节点视为PQ节点，在计算谐波潮流时，将非线性负荷含量最多的节点视为平衡节点，其余非线性负荷所在节点视为PV节点；如果系统中既含有分布式电源，又含有非线性负荷，在计算基波潮流的时候，将分布式电源所在节点视为PV节点，非线性负荷所在节点视为PQ节点，计算谐波潮流时，将容量较大的分布式电源所在节点作为平衡节点，其余谐波源所在节点视为PV节点；若系统中谐波源均为分布式电源，在计算基波潮流时，将分布式电源所在节点视为PV节点，在计算谐波潮流时，将容量最大的一个分布式电源所在节点视为平衡节点，其余分布式电源所在节点设为PV节点；输电线路模型搭建：输电线路以集中参数的等值π型电路表示，等值π型电路参数为分布参数的简单集中，即：式中，r01、x01、b01分别为线路单位长度的基波电阻、基波电抗和基波电纳；l为线路长度，当线路中的电流为h次谐波时：式中，ZCh和rh分别为h次谐波时线路的特性阻抗和传播函数，均为复数，具体计算如下：式中，yoh为h次谐波时电力系统的电导，yoh＝jhb01；zoh为h次谐波时电力系统的阻抗，zoh＝hr01+jhx01；负荷模型搭建：谐波阻抗计算如式所示：式中，Ui为节点i的实际电压；S为节点视在功率；RS，XS分别为基波时等值电动机的电阻和电抗；利用解耦法求解谐波潮流：(1)计算基波潮流：迭代计算在不考虑谐波影响下，求解出电力系统各个节点的电压U1i，i表示电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金浩，秦文萍，逯瑞鹏，雷达，李胜文，杨超颖，杨赟磊，张敏，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14