配電網諧波責任是指電網中諧波污染狀況。日益嚴重的諧波污染與合格的電能質量要求形成了一對日趨尖銳的矛盾。為有效控制公用電網中的諧波污染，提高諧波管理水平，需要在公共連線點處對系統及用戶的諧波污染責任進行定量劃分。
基本介紹
- 中文名：配電網諧波責任
- 外文名：Harmonic responsibility of distribution network
- 方法：干預式、非干預式
- 背景：非線性特性設備廣發套用
- 目的：控制諧波污染
- 學科：電力系統自動化
背景,諧波責任的定義和計算公式,諧波責任定量評估的鄰域多點測量方法,結論,
背景
隨著國內外電力電子技術的發展，大量具有非線性特性的用電設備廣泛套用於冶金、鋼鐵、交通、化工等領域，如電解裝置、電力機車、軋制機械、高頻爐等，導致了電網中諧波污染狀況日益嚴重。同時，新工藝、新技術的廣泛套用，越來越多的用戶採用了性能好、效率高但對電源特性變化敏感的高科技設備，電力用戶對取用的電能形態和功率流動的控制與處理提出了新的要求。日益嚴重的諧波污染與合格的電能質量要求形成了一對日趨尖銳的矛盾。
為有效控制公用電網中的諧波污染，提高諧波管理水平，需要在公共連線點(point of common coupling，PCC)處對系統及用戶的諧波污染責任進行定量劃分。對諧波污染責任進行定量劃分的前提是準確計算公共連線點等效的系統諧波阻抗。目前，諧波阻抗測量估計方法主要分為“干預式”和“非干預式”兩大類。“干預式”方法主要通過人為方式產生擾動，如向系統注入諧波電流、間諧波電流，或通過開斷系統某一支路來進行系統側諧波阻抗的測量。這種擾動可能會對電力系統正常運行產生不利的影響，因此該類方法不能得到廣泛套用。“非干預式”方法則是利用系統或諧波源負荷本身的擾動，通過可測量參數來進行相關計算，不會影響到系統的安全運行，因而成為當前相關課題研究的主流方法。典型的“非干預式”方法有波動量法、電能質量數據交換格式下的諧波責任估計方法和線性回歸法。波動量法利用的是被測諧波電壓、電流波動量比值。
諧波責任的定義和計算公式
如圖所示，母線X 為關注母線，一側與電力系統供電端相連，另一側與若干用戶負荷相連。為分析方便，母線兩側分別稱為系統側和用戶側。
如果在母線X 處監測到嚴重的諧波電壓畸變，為實現科學的電能質量管理，要求定量區分用戶側
各接入負荷的諧波責任。不失一般性，假設用戶A是一個主要的非線性諧波源，討論用戶A 對母線X的諧波責任。若用戶 A的第h次諧波電流記為IhA ，母線 X 處監測到的h次諧波電壓記為 UXh，則諧波源注入諧波電流與母線X 處的諧波電壓有如下關係：
式中：
背景諧波電壓是除用戶A 以外的系統和其它用戶在母線X 處貢獻的諧波電壓。假定在一個時段內，
和
不變。上式右端第1 項是用戶A在母線 X 處產生的諧波電壓記為
，則有：
顯然，、與3 個相量滿足圖右所示的相量關係。
定義用戶A 對母線X 的h 次諧波電壓定量責任μh為
式中
UhX,A和 UhX分別表示相量
和
的模長。由於cosα 和
未知，直接使用上式計算諧波電壓責任不方便，可用計算諧波電壓責任。
諧波責任定量評估的鄰域多點測量方法
右圖所示為IEEE14 節點標準測試系統，假設母線13 為關注母線，在母線13 處監測到了嚴重的諧波電壓畸變，工程上常見的問題是討論主要諧波源A(harmonic load A，HLA)在母線13 處產生的諧波電壓污染責任。定義母線 13 的鄰域為母線13 以及與母線13直接電氣連線的母線6、母線12 與母線14。
在圖中，主要諧波源分別是諧波源A、諧波源B(harmonic load B，HLB)、諧波源C(harmonicload C，HLC)和諧波源D(harmonic load D，HLD)。為計算諧波源A 在母線13 處產生的諧波電壓污染責任，在母線13 的鄰域內進行多點測量，測量鄰域內的所有主要諧波源接入相應母線的諧波電流和關注母線的諧波電壓，構建如下線性關係：
式中：
ZhX,A——為除用戶A 以外的系統和其他用戶的h次等效諧波阻抗；
ZhX,B——為除用戶B 以外的系統和其他用戶的h次等效諧波阻抗；
ZhX,C 和ZhX,D 含義類似；
為確定諧波源 A 在母線13 處產生的諧波電壓污染責任，需要計算ZhX,A。根據上述公式，進行n 次採樣，可以形成下列線性方程組：
由於在鄰域內各諧波源之間電氣連線較近，因此測量的諧波電流之間不可避免地會產生互動影響，可能存在較為嚴重的相關性。在相關性嚴重的條件下，普通最小二乘法缺乏穩健性，容易導致較大誤差。為更加準確地得到ZhX,A，採用複數域偏最小二乘方法進行計算。
結論
針對背景諧波波動較大的情況，提出了諧波責任定量評估的鄰域多點測量方法，並推導了複數域偏最小二乘方法實現了問題的求解。在背景諧波波動較大的情況下，鄰域多點測量方法可以降低背景諧波的波動性，得到了更準確的系統側等效諧波阻抗的複線性回歸模型。
