民用负荷的谐波随机性分析及综合治理措施研究

Nowadays, with the rapid development of modern technology, the nonlinear electronic devices have been widely adopted in the home appliances, which make the residential loads becoming a new kind of harmonic source. The harmonics generated by the residential loads have the random, distributed and unbalanced characteristics, and thus, the traditional harmonic analysis methods for large and lumped harmonic sources are not applicable any more. Based on this situation, in this project, new and proactive strategies for dealing with the harmonic problem of residential loads will be proposed. First, based on the random switch-on probability of home appliances, the stochastic harmonic model for the individual home appliance will be established. Then, an equivalent model for modeling all the home appliances in one residential house will be proposed. By considering the harmonic summation and attenuation effects of multiple houses, the equivalent harmonic model for the transformer secondary side will be established. Since most of the residential home appliances are single phase loads, and they are distributed randomly in the three phase power systems, the harmonics generated by the residential loads are unbalanced. A new probability harmonic load flow algorithm will be proposed to evaluate the unbalanced harmonic distortion condition in the whole distribution system. Based on the harmonic generation characteristics of residential loads, new and effective harmonic filters will be designed and the optimum number and location for the harmonic filters will also be studied.

随着科技的飞速发展，非线性电力电子装置被广泛应用于家用电器中，使得民用负荷成为一类新兴的谐波源。民用谐波源负荷具有随机性、分散性和不平衡性等特点，以往的谐波分析方法无法直接用于评估其谐波影响。因此，本项目将基于民用谐波源负荷的特点，提出一套综合评估其谐波电流的分析方法并研究相应的治理措施。首先建立单个家用电器类谐波源负荷的随机性谐波模型，进而考虑用户中同时存在的多个不同种类谐波源之间的相互影响，提出每个用户的等值谐波源模型；进一步研究多个用户谐波电流的叠加和衰减效应，为每个配电变压器所带总负荷提出等值的谐波分析模型。发展可考虑负荷在三相之间分配不均及负荷随机开关性等特点的概率性谐波潮流算法，对整个配电系统的谐波畸变情况进行评估。结合民用谐波源的特点，研究相应的滤波方案并选择滤波装置的最优安装地点和数量，为防止居民谐波源负荷所产生的谐波电流影响更高一级的电力系统提出有效的措施。

现今电力系统中，居民用电占电能总消耗的30%以上，我国居民用电总量目前占总用电量的13%，随着社会经济的发展，居民用电总量必然将逐年提升，预计2030年居民用电量会超过总用电量的20%。由于家用电器负荷中存在大量含电力电子类非线性负荷，所产生的电流畸变高，且其大量随机、分散地接入民用配电系统，导致民用配电系统谐波具有高畸变、强随机、分散广等特点，以往对于大工业或单个确定性谐波源负荷的谐波分析方法无法直接应用于评估民用负荷谐波产生的影响。因此，本项目基于实测电压、电流数据和实际负荷开关行为统计数据建立新的民用负荷随机性谐波评估方法。项目研究所取得的成果如下：(1)提出利用广义复偏最小二乘的方法计算家用电器负荷的谐波耦合矩阵模型参数，并针对模型电压适应范围较小的缺点，提出模型参数调整因子，使得模型参数可随电压的变化而动态地自适应调整，之后建立了多状态家用负荷的谐波模型。(2)结合电压自适应谐波模型，充分考虑我国用电影响因子的家用电器修正开通概率行为模型，建立一个自下而上的谐波和功率评估仿真平台，该平台能考虑负荷的更新换代，实现对区域性谐波和功率的预测，适合在实际中推广应用。(3)针对集合性居民负荷，深入分析实测数据，提出了一种基于测量的分时段概率谐波模型，相比于传统谐波模型该模型能考虑不同次谐波电压和电流之间的耦合关系，具有更高的建模精度，且考虑的模型参数较少，建模效率更高，且能考虑负荷的时变和随机特性，能够为概率谐波潮流计算、谐振分析等提供模型支持，具有实际应用前景。(4)研究了含居民负荷的概率谐波潮流算法，提出了一种基于改进点估计与最大熵算法的概率谐波潮流算法，相比目前普遍应用的传统点估计与级数展开的方法，能够有效的提升计算效率且能够保持较高的精度。.本项目的研究结论将为建立准确、快速的居民负荷谐波评估方法来管控和治理谐波污染奠定理论基础。