[发明专利]一种供用电系统谐波源识别方法及模型

摘要

本发明涉及一种供用电系统谐波源识别方法及模型，包括：同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息，并标注时标存储；根据所采集的带时标的信息，计算该时刻的基波和各次谐波的电压、电流和阻抗的幅值和相位；计算和确定供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波有功功率及谐波有功功率的大小和方向；根据供用电系统相应时刻的电源和各负荷的谐波功率方向识别谐波源；根据功率平衡原则，验证谐波源识别的正确性。本发明用于供用电系统谐波源识别、计算和分析谐波源对供用电系统产生的附加功率损耗，为供用电系统的谐波源监测、谐波功率计量和谐波污染责任的划分提供理论依据和有效技术手段，实时、客观、简单、实用和易推广。

主权项

1.一种供用电系统谐波源识别方法，其特征在于，基于一种供用电系统谐波源识别模型，该模型包括系统电压源us和系统内阻抗Zs串联支路、线性负荷阻抗支路和非线性负荷谐波电流源与非线性负荷等效阻抗并联支路构成的按系统支路、线性负荷支路和非线性支路顺序并联的供用电系统谐波源识别模型；线性负荷用支路阻抗表示,并且线性支路为第1条支路到第i条支路；将非线性负荷用谐波电流源和支路阻抗的并联来表示,并且，非线性负荷支路为第i+1条支路到第m条支路；因此，线性负荷支路和非线性负荷支路共同组成m条支路，系统电压源和系统阻抗支路向线性负荷支路和非线性负荷支路供电；非线性负荷支路的谐波电流源可以通过电流检测和傅里叶分解获得，它对于各次谐波电流之和；线性和非线性负荷支路的支路阻抗可以通过检测的负荷电压和负荷电流计算获得，负荷支路的基波支路阻抗对于基波电压与基波电流的比值；负荷支路的某次谐波支路阻抗对于该次谐波电压与该次谐波电流的比值；非线性负荷将谐波电流源和支路阻抗并联支路可以变换为谐波电压源和支路阻抗串联支路来表示，谐波电压源等于谐波电流源与其支路阻抗的乘积，原支路阻抗值不变；按系统电压源和各次谐波电压源分别单独作用，计算各支路的基波和各次谐波的电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数；负荷支路为第1条支路到第m条支路，其中：线性负荷i条支路，非线性负荷m‑i条支路；先计算系统电压源单独作用在各负荷支路产生基波电流Ii和基波阻抗，根据计算公式计算出各负荷支路的基波功率的大小；利用负荷基波电流与监测点电压的相位关系，得到负荷基波功率的方向；再计算各次谐波源单独作用在各负荷支路产生谐波电流Ii(k)和谐波阻抗，根据计算公式计算出各支路负荷的k次谐波功率的大小；利用负荷k次谐波电流与监测点电压的相位关系，得到负荷k次谐波功率的方向；当支路谐波功率小于零时，该支路为谐波源支路；识别方法包括下列步骤：步骤1、同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息，并标注时标后存储，具体是：分别通过电压互感器、电流互感器、高速高精度模拟量采集器和全球卫星定位系统同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息；当同步实时采集供用电系统电源和所有负荷的电压和电流全信息时，其最低采样速率和采样精度满足谐波测量的国家标准和行业标准；同时，设置北斗定位授时系统，保证规定时间和精度内各采样点采样的同步性和实时性；步骤2、根据步骤1所采集的带时标的电压和电流全信息，计算相应时刻的基波和各次谐波的电压、电流和阻抗的幅值和相位，基于以下公式：基波阻抗如式(1)所示；谐波阻抗如式(2)所示；       k＝2,3,4,...,nmaxZk为谐波阻抗，Rk为谐波电阻，Xk为谐波电抗，k为谐波次数，nmax为最大谐波次数；步骤3、计算和确定供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波有功功率及谐波有功功率的大小和方向，其中，供用电系统相应时刻的电源和各用户的基波和谐波的有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(3)所示；供用电系统相应时刻含各次谐波的总电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的大小计算如式(4)所示；步骤4、根据步骤3得到的供用电系统相应时刻的电源和各负荷的谐波功率方向识别谐波源，具体是：当电源的谐波功率为负，该电源产生谐波，即：被识别为谐波源电源或非线性电源；当负荷的谐波功率为负时，该负荷产生谐波，即：被识别为谐波源负荷或非线性负荷；步骤5、根据功率平衡原则，验证谐波源识别的正确性，即：条件一：所有负荷和电网电源的各次对应谐波功率之和为0；条件二：所有负荷和电网电源的基波功率之和也为0；同时满足条件一和条件二的所有负功率，均为谐波源，即：谐波源的识别正确，否则，谐波源的识别有误。