智能电网环境下谐波检测与管理框架研究

摘要

随着智能电网的发展，允许各种新型设备接入电网，而这些设备大部分会对电能质量产生负面影响，而且智能电网的优化特性又对电能质量提出了更加严格、更加苛刻的要求。另外在当今“低碳经济”的电力市场模式下，应该站在管理的角度上，建立一个客观的、多种指标体现的、综合的电能质量管理体系，对发、供、用三方对电能质量的控制和影响进行科学的管理，实现节能减排，绿色电力的目标。本文根据智能电网环境的新要求，针对电能质量监测与管理平台中十分重要的谐波问题，进行了谐波检测、谐波能耗的计算、谐波源定位以及多谐波源条件下的谐波责任量化的研究。
　　 在数字化变电站中，由于电子式互感器和合并单元的应用，数据采集方式发生了变化，原有的谐波测量算法不再适用。本文采用双谱线插值修正算法来进行谐波测量，模拟了一个占空比为50％的方波，分别利用修正算法和未修正算法进行编程测量，得出的各次谐波电流含有率与理论值比较，证明修正算法精度更高，且满足了合并单元对谐波测量的要求。
　　 同时，谐波功率增大了电网损耗，而了解电网中的谐波能耗对供电方制定节能降耗的措施具有指导意义。本文应用等值电阻法，根据实测数据来估计低压配电网中的谐波能耗，证明谐波能耗会造成很大经济损失，并提出了利用谐波畸变率和基于实测线损的台区损失率法相结合来估算配电网谐波能耗的方法，较之于等值电阻法此方法更加适用于电能质量监测系统。
　　 另外，电网中谐波源的识别问题成为了急需解决的技术问题。本文针对基于谐波阻抗法的谐波源定位问题进行研究。在比较了多种计算谐波阻抗的方法之后，选择了二元线性回归法。利用Matlab建立仿真模型，根据公共连接点的电压、电流估计出谐波阻抗，进而估计出用户侧谐波电流在公共连接点产生的电压降。谐波阻抗估算结果和设定值误差很小，证明该方法的准确性。
　　 但是在电力系统中公共连接点处电压、电流的畸变是所有非线性负荷共同作用的结果，所以必须有效地区分各个谐波源应承担的谐波责任。本文根据谐波功率这一综合指标来进行谐波污染责任分摊。利用Matlab模拟两个非线性用户接入电网的情况，系统侧和用户侧分摊的谐波功率证明了此方法的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 谐波的简介

1．2．1 谐波源的分类

1．2．2 谐波的影响和危害

1．3 课题的研究现状

1．3．1 谐波测量的方法

1．3．2 谐波能耗的计算方法

1．3．3 谐波源定位的方法

1．3．4 谐波责任量化的方法

1．4 本论文主要工作

第2章 数字化变电站环境下的谐波测量研究

2．1 数字化变电站简介

2．1．1 数字化变电站的特点

2．1．2 电子式互感器

2．2 数字化变电站中电能质量检测的新问题

2．3 数字化变电站中谐波检测的研究

2．3．1 基于傅里叶变换的谐波测量方法及其缺陷

2．3．2 加窗插值修正算法原理

2．3．3 LabVIEW简介

2．3．4 算法仿真验证

2．4 本章小结

第3章 低压配电网中谐波能耗的计算

3．1 谐波能耗的实例计算

3．1．1 利用等值电阻法计算谐波能耗的方法

3．1．2 配电网中各元器件等值电阻的计算方法

3．1．3 中性线上的谐波电流分析

3．2 实例计算与分析

3．2．1 低压配电网的数据分析

3．2．2 谐波电阻的具体计算

3．2．3 谐波能耗的计算与分析

3．3 电能质量监测系统上谐波能耗的计算

3．3．1 利用谐波畸变率计算谐波能耗的方法

3．3．2 谐波能耗具体数值的计算

3．4 本章小结

第4章 谐波源检测与定位的研究

4．1 谐波阻抗的计算方法

4．1．1 “干预式”估计法

4．1．2 “非干预式”估计法

4．2 基于二元线性回归的估计方法

4．2．1 二元线性回归原理简介

4．2．2 二元线性回归估计法的原理

4．2．3 实验仿真电路设计及分析

4．3 本章小结

第5章 多谐波源条件下的谐波责任量化

5．1 基于谐波功率法的污染责任分摊原理

5．1．1 谐波功率法的简化拓扑分析

5．1．2 多谐波源条件下谐波功率法的应用

5．2 仿真分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文