判断分布式电源接入公网模型是否符合国标的方法

摘要

本发明涉及一种判断分布式电源接入公网模型是否符合国标的方法，属于电力、电气技术领域。该方法首先为架好的接近实际的公网模型中的各模块或单元定义数学模型,再利用各数学模型求解出公网中各节点的节点电压和各支路的支路电流,用以得出该公网模型的THD参数,将算得THD参数的最大值与标准THD参数值比较以判断该公网模型设计是否符合国标。该方法为解决电网中存在的复杂谐波情况提供一种简便的处理方式，根据国标要求对电网进行辅助设计，免去设计上的缺陷所带来的二次作业和对电网运行的危害。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网公网模型的评估方法，属于电力、电气技术领域。

背景技术

根据国家能源发展规划，“十二五”期间将以加快转变能源发展方式为主线，规划能源新技术的研发和应用，解决有限能源和资源的约束，着力提高能源资源开发、转化和利用的效率，充分利用可再生能源，推动能源生产和利用方式的变革。因此，分布式发电将成为未来发展的重点，深入研究分布式发电具有重要意义。

分布式电源主要包括太阳能发电、风力发电、资源综合利用、天然气发电等多种形式。这些电源具有资源分散、项目容量小、用户类型多样等特点，在我国还处在发展初期，相关界定标准不规范，政策、标准不配套、不完善，建设和管理复杂。同时，随着政府对分布式电源补贴电价等政策的明确，致使企业和居民建造分布式电源电站的积极性越来越高。

随之而来的是分布式电源接入公网带来一系列问题，首当其冲的就是谐波问题，谐波会1）使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾；2）影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏；3）引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述1）和2）的危害大大增加，甚至引起严重事故；4）导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确；5）对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。

而在国标GB/T14549-93中明确规定了电网的谐波的谐波畸变率,即THD参数不能超过指定标准。因此在分布式电源的设备接入电网时需要考虑到该设备接入后对电网中各支路及节点带来的影响，并合理设计滤波电路来满足国标要求。

从国家能源发展规划考虑，分布式电源设备将逐步普及，随之而来的如何消除或减弱这些谐波影响将带来巨大的工作量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种判断分布式电源接入公网模型是否符合国标的方法，通过评估该模型的THD参数是否符合国标GB/T14549-93，就可以知道该模型设计能否应用于实际情况中来，为能否投入这套分布式电源设备以及如何投入这套分布式电源设备提供指导，即判断与该分布式电源设备配套使用的滤波电路设计是否合理。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是一种判断分布式电源接入公网模型是否符合国标的方法,所述分布式电源接入公网模型包括等效系统单元、输电线路单元、网侧母线单元、用户侧母线单元、接入负荷模块、分布式谐波电源单元、滤波器组单元及若干等效变压器单元；

所述接入负荷模块用于表示所述公网模型的用户侧母线上的接入负荷，所述接入负荷包括旋转电机负荷和无源负荷；

所述滤波器组单元由单调谐滤波器、高通滤波器、C型滤波器、1阶高通滤波器和3阶高通滤波器的一种或几种组成；

执行如下步骤:

a.定义在基波频率和h次谐波频率下的所述分布式谐波电源单元的谐波源电流数学模型；

所述谐波源电流数学模型以所述分布式谐波电源单元的电流幅值和相位来表示；

b.通过傅里叶展开所述分布式谐波电源单元的电流的时域波形得到所述分布式谐波电源单元的电流幅值，以蒙特卡罗方法为所述分布式谐波电源单元的电流相位生成随机值；

c.将步骤b中得到的所述分布式谐波电源单元的电流幅值通过谐波电流注入法运算，以得出所述公网模型的支路两端节点的节点导纳矩阵，再用节点分析法分析所述节点导纳矩阵得到所述节点的节点电压，再通过所述节点电压和所述支路的阻抗得到所述支路的支路谐波电流；

d.根据步骤c中得到的所述节点电压和所述支路谐波电流运算出所述公网模型的THD参数；

e．选取所述THD参数的最大值，将其与国标GB/T14549-93中的标准THD参数作比较，若所述THD参数的最大值低于所述标准THD参数的值，则设计的该公网模型符合标准，反之则不符合标准。

上述技术方案的改进是：在所述步骤a中还定义了基波频率下的所述输电线路单元的第一线路数学模型和所述旋转电机负荷的第一电机数学模型以及在h次谐波频率下的所述输电线路单元的第二线路数学模型和所述旋转电机负荷的第二电机数学模型；

所述第一线路数学模型以所述输电线路单元的相序单位长度参数和输电线路单元的总长度参数表示；

所述第一电机数学模型以所述旋转电机负荷的电枢电阻参数和所述电枢的次暂态电抗参数表示；

所述第二线路数学模型与所述第一线路数学模型一致；

所述第二电机数学模型的电枢电阻参数为所述第一电机数学模型的电枢电阻参数的                                                倍。

上述技术方案的改进是：步骤d中将所述节点电压带入电压THD算式得到所述公网模型的节点电压谐波THD，将所述支路谐波电流带入电流THD算式得到所述公网模型的支路电流谐波THD；

步骤e中所述THD参数的最大值是指所述节点电压谐波THD的最大值和所述支路电流谐波THD的最大值。

上述技术方案的改进是：在步骤a的所述h次谐波中。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：该方法先对已设计好用来等效实际情况的公网模型定义对应的数学模型，之后在根据数学模型加入谐波电流注入法、蒙特卡罗法等方法进行指导运算以算出各次谐波的谐波电流值和谐波电压值，根据这些值来得到公网模型的THD参数。由于采用蒙特卡罗法来模拟各次谐波的复数部分，因此可以知道分布式电源设备所引入的谐波在最恶劣情形下的公网THD参数值，也即可以得到在可能条件下的该公网模型的THD参数的最大值，若是该公网模型的最大THD参数依旧满足国标GB/T14549-93中的THD参数要求的话，则意味着该公网模型是符合国标要求，可以为实际装配中投入这套分布式电源设备以及如何投入这套分布式电源设备提供有力指导。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例等效实际情况的分布式电源记入公网模型的结构示意图。

图2是本发明实施例中的滤波器类型原理示意图。

图3是本发明实施例中模型的仿真原理示意图。

图4是本发明实施例中的进行模拟仿真的流程示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的一种判断分布式电源接入公网模型是否符合国标的方法,如图1所示，分布式电源接入公网模型包括等效系统单元1、输电线路单元2、网侧母线单元4、用户侧母线单元、接入负荷模块6、分布式谐波电源单元5、滤波器组单元7及若干等效变压器单元3；

等效系统单元1是用于表示公网模型的高一级电压系统，该等效系统单元中包括该高一级电压系统的等值电压源和等值阻抗；

公网模型的用户侧网络和等效系统单元之间，可按实际情况设置一个或多个等效变压器单元3，并且在网侧母线单元4上可以根据实际情况增加任意数量的放射型支路，以此来模拟实际情况中用户侧网络中存在多放射型支路的情况；

输电线路单元2用于表示公网模型中的驾控线路和电缆线路；

接入负荷模块6用于表示所述用户侧母线单元上的接入负荷，所述接入负荷包括旋转电机负荷和无源负荷；接入负荷模块6可扩展，扩展方式是通过将需扩展的负荷通过等效手段连接到用户侧母线单元上即可；

分布式电源设备是将谐波引入的源头，可以看做是一种谐波电源，在本实施例中以分布式谐波电源单元5来表示；

滤波器组单元7可由如图2所示的单调谐滤波器、高通滤波器、C型滤波器、1阶高通滤波器和3阶高通滤波器的一种或几种组成；如图3所示，滤波器组单元7以并联方式设置在线路末端，用于滤除由分布式谐波电源单元5引入的谐波分量；

为评估公网模型是否合格能否应投入应用中来，执行如下步骤：

a.定义在基波频率和h次谐波频率下的分布式谐波电源单元的谐波源电流数学模型；

谐波源电流数学模型以分布式谐波电源单元5的电流幅值和相位来表示；

同时还定义了基波频率下的输电线路单元2的第一线路数学模型和旋转电机负荷的第一电机数学模型以及在h次谐波频率下的输电线路单元2的第二线路数学模型和旋转电机负荷的第二电机数学模型；

第一线路数学模型以输电线路单元2的相序单位长度参数和输电线路单元2的总长度参数表示；

第一电机数学模型以旋转电机负荷的电枢电阻参数和所述电枢的次暂态电抗参数表示；

第二线路数学模型与第一线路数学模型一致；

第二电机数学模型的电枢电阻参数为第一电机数学模型的电枢电阻参数的倍。

b.通过傅里叶展开分布式谐波电源单元5的电流的时域波形得到分布式谐波电源单元5在各次谐波下的频域的电流幅值，以蒙特卡罗方法为分布式谐波电源单元的电流相位生成随机值，以此来满足频域条件下各次谐波的劣化程度，使得仿真结果覆盖范围更全面，使得仿真结果更具指导意义；

c.将步骤b中得到的分布式谐波电源单元5的各次谐波下的频域的电流幅值通过谐波电流注入法在公网模型的各支路上进行运算，以得出公网模型的各支路两端节点在各次谐波下的节点导纳矩阵，再用节点分析法分析各节点导纳矩阵得到各节点的节点电压，再通过各节点电压和对应支路的阻抗得到各支路的支路谐波电流；

d.根据步骤c中得到的各节点电压进行运算得到公网模型的电压谐波THD参数值，根据步骤c中得到的各支路谐波电流进行运算得到公网模型的电流谐波THD参数值；

步骤d中的运算是参照国标GB/T14549-93中的有关内容进行的；

e．选取电压谐波THD参数和电流谐波THD参数的最大值，将其与国标GB/T14549-93中的标准THD参数作比较，若选取的THD参数的最大值仍低于标准THD参数的值，则设计的该公网模型符合标准，反之则不符合标准。

本实施例的公网模型用于仿真的频率选取的范围是从基波频率一直到49次谐波频率。如图3所示，是将参数设置好后的图1所示模型的可能结构，其中

高压电网：电压132kV；短路容量SCC3=1400MVA，SCCLG=1260MVA，X/R=6.5。

变压器：电压等级132/22kV；额定容量126MVA；阻抗Z=0.3+j12.497%；联结方式Y/Y；接地电阻Rg=317.5Ω。

电动机负荷：电压22kV；轴功率P=36.85MW；功率因数pf=0.89；效率η=92%；电抗Xm=20%；X/R=10。

无源负荷：电压22kV；视在功率5MVA；功率因数pf=1.0。

谐波源：类型分布式光伏发电；功率P=30.951MW；功率因数pf=0.9；效率η=95%；输入视在功率Sm=36.2MVA；

h157111323254749Ih(%)1001.881.230.360.221.090.870.220.22

如图4所示，是为了让公网模型满足THD参数标准，而进行的滤波设计的过程，借助公网模型，执行如下步骤：

1）收系统参数，该系统参数包括：高低压系统、变压器、电动机负荷、无源负荷、谐波源、滤波器等参数。谐波源采用电流源模型，谐波幅值通过对时域波形傅里叶分解获得，各次谐波电流相位随机，以便谐波计算结果覆盖足够大足够全面，以满足不同情形下的滤波器设计要求；

2）应用模型中各种设备的数学模型，计算基波下模型的节点导纳矩阵，结合负荷情况，开展系统网络潮流计算，计算各节点的基波电压和各支路的基波电流，并开展谐波阻抗计算；

3）采用设备的谐波数学模型，计算各次谐波下网络的节点导纳矩阵，开展谐波潮流计算，计算各节点的谐波电压和各支路的谐波电流；

4）结合基波潮流计算结果，计算节点电压和支路电流谐波畸变率，并与相关标准比较，如满足，则滤波器型式和参数合适，执行步骤5）；如不满足，则调整滤波器参数，继续步骤2）；

5）输出谐波计算结果、THD以及滤波器参数和滤波器性能、定值计算结果。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。